Wärmetransformation - HCV -

Die Arbeitsgruppe Wärmetransformation forscht und entwickelt auf dem Gebiet der Wärmewandlung mittels Kältemaschinen und Wärmepumpen. Der Forschungsansatz geht dabei von der Entwicklung und Optimierung einzelner Komponenten bis hin zur Integration in komplexe Energiesysteme. Es besteht langjährige Expertise vor allem im Bereich der Sorptionswärmpumpen- und -kühlsysteme (geschlossene Absorption, offene Adsorption), der Sorptionsspeicher sowie innovativer Kompressionskälteanwendungen.

Wesentliche Schwerpunkte der Arbeiten sind:

  • Forschung im Bereich der Thermofluiddynamik, der Wärmeübertragung und der Fluidverfahrenstechnik
  • Wärmepumpenkreislaufdesign, optimierte Schaltungen, effizienzsteigernde Ansätze
  • Entwicklung, Bau und Test von Kälteanlagen und Wärmepumpen mit thermischem oder elektrischem Antrieb
  • Identifikation vielversprechender Anwendungen für innovative Wärmepumpenlösungen und Anpassung bzw. Entwicklung
  • Planung und Integration innovativer Wärmepumpenlösungen in komplexe Energiesysteme sowie Betriebsbegleitung und -optimierung
  • Anlagen- und Energiesystemdesign für Kälte und Wärme in den Bereichen Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, solare Klimatisierung, Abwärmenutzung, Kälte aus Biomasse sowie Kälte aus Fernwärme

Ansprechpartner:
Gruppenleiter:
Manuel Riepl, M.Sc
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Tel.: +49 89 329442-43
Fax: +49 89 329442-12
manuel.riepl@zae-bayern.de

Stellv. Gruppenleiter:
Andreas Krönauer, M.Eng.
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Tel.: +49 89 329442-13
Fax: +49 89 329442-12
andreas.kroenauer@zae-bayern.de

Link zum Gruppenflyer

Leistungen & Ausstattung

Leistungen

  • Modellierung und Simulation thermodynamischer Kreisprozesse
  • Grundlegendes verfahrenstechnisches Design von Komponenten, Apparaten und Anlagen sowie deren konstruktive Umsetzung
  • Grundlegende theoretische und experimentelle Untersuchungen stets mit Anwendungsfokus
  • Identifikation vielversprechender Anwendungen für den Einsatz innovativer Wärmetransformationstechniken und die Umsetzung in reale Lösungen
  • Ausgereifter Prototypenbau
  • Energiesystemanalyse, Quellen-Senken-Analyse, Integrierbarkeit von Speichern und Wärmepumpen zur Abwärmenutzung
  • Planungsunterstützung und messtechnische Begleitung von Demonstrationsprojekten
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Ausstattung

  • Wärmetechnisches Labor zur statischen und/oder dynamischen Vermessung von Wärmepumpen und Kältemaschinen bis zu ca. 200 kWth (Hardware in the Loop)
  • Vakuumprüfsysteme zur Vermessung wärmetechnischer Komponenten in subatmosphärischen Bedingungen
  • Versuchsanordnung zur Bestimmung von Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichten wässriger Lösungen
  • Dichtigkeits-/Leckageprüfung von Unterdrucksystemen bzw. Hochvakuumsystemen (Heliumleckageprüfsystem)
  • Versuchssystem für Korrosionsuntersuchungen in Umgebungen wässriger Salzlösungen
  • Umfängliche Softwaremodelle zur statischen und dynamischen Modellierung von Sorptions- und Kompressionswärmepumpen auf Komponenten- und Systemebene

Projekt-Highlights

BioWap -
mit Biomasse betriebenes Absorptionswärmepumpen- und Kälteanlagensystem

ZAE Bayern - BioWap-Projekt

Im Vorhaben „BioWap“ wurd ein Funktionsmuster eines mittels Holzhackschnitzeln direkt befeuerten, hocheffizienten Absorptionswärmepumpensystems mit einer Heizleistung von ca. 90 kWth und einer Kühlleistung von bis zu 75 kWth entwickelt. Der Systemwirkungsgrad soll dabei bis zu 200 % erreichen.

Die direkte Kopplung von Verbrennung und Absorptionswärmepumpe (Arbeitsstoffpaar: Wasser und wässrige Lithiumbromidlösung) macht eine Umweltwärmequelle mit niedriger Temperatur nutzbar. Um Planungs- und Installationskosten möglichst gering zu halten, wurde zudem ein integrales Hydraulik- und Steuerungsmodul entwickelt.

Kernziel des Vorhabens war die Entwicklung und Darstellung eines Funktionsmusters einer mittels Holzhackschnitzeln direkt befeuerten Absorptionswärmepumpe mit einer Heizleistung von ca. 90 kWth (Feuerungsleistung ca. 50 kWth). So sollte ein neuer Technologiepfad eröffnet werden, um emissionsarm und hocheffizient Wärme bereitzustellen. Verbundpartner war die HDG Bavaria GmbH.

Projektleitung: Manuel Kausche, M.Sc., manuel.kausche@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 09.2016 - 08.2020
Website: https://www.energetische-biomassenutzung.de/projekte-partner/details/project/show/Project/BioWap-549

GALuWap -
Gasgefeuerte Absorptions-Luftwärmepumpe mit optimierten Wärmetauschergeometrien

ZAE Bayern - GALuWap-Projekt

Im Projekt GALuWap wird ein mit (Bio-)Gas gefeuertes, kompaktes Absorptionswärmepumpensystem für eine Heizleistung bis 50 kW entwickelt. Als Umweltwärmequelle dient Außenluft, als Arbeitsmedium die umweltneutrale Stoffkombiation aus Wasser und wässriger Lithiumbromidlösung.

Mehrstufige Absorptionswärmepumpen (AWP) können auch mit vergleichsweise kalter Außenluft von minimal -10 °C Temperaturhübe von bis zu 70 K ermöglichen. Sie eignen sich damit zur Heizung von Bestandsgebäuden und zur Bereitung von Brauchwarmwasser mit bis zu 60 °C.

So kann der Bedarf an Wärme und Brauchwarmwasser für eine typische Versorgungssituation in Deutschland fast vollständig im Wärmepumpenbetrieb gedeckt werden. Die saisonale thermische Effizienz des Systems kann einen Wert von 1,3 erreichen. So ist gegenüber Gasbrennwertkesseln eine Einsparung von bis zu 25 % der verbrauchten Primärenergie möglich. Bei gleichzeitiger Bereitstellung von Kälte und Wärme, z. B. in gemischten Wohn- und Gewerbegebäuden, ist eine Steigerung der saisonalen Effizienz bis 1,6 möglich. Im Vergleich zu einem Gasbrennwertkessel mit Kompressionskältemaschine bedeutet das eine Einsparung von bis zu 40 %.

Zur Kosten- und Volumenreduktion wird untersucht, ob in einem früheren Projekt entwickelte Plattenwärmeübertrager die in Wärmepumpen üblichen Rohrbündelwärmetauscher ersetzen können. Außerdem wird ein integrales Hydraulik- und Steuerungsmodul entwickelt, um den nötigen Planungs- und Installationsaufwand zu reduzieren. Die größten Herausforderungen liegen in der betriebssicheren Umsetzung des innovativen Kreislaufkonzeptes einschließlich besonderer Vorkehrungen für den Betrieb unterhalb des Gefrierpunkts des eingesetzten Wassers sowie in der Umsetzung des gasgefeuerten Austreibers.

Verbundpartner sind die TRANE-Roggenkamp Klima- und Kältetechnisches Büro GmbH und das CENERGIE – Forschungsinstitut für energieeffiziente Gebäude und Quartiere der Hochschule München

Projektleitung: Manuel Kausche, manuel.kausche@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 12.2019 - 11.2022

KIG -
Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für Industrie und Gewerbe, Phase I: Entwicklung

ZAE Bayern - KIG-Projekt

Entwicklung eines hocheffizienten und wirtschaftlichen KWKK-Systems für den kleinen Leistungsbereich (ca. 20 kWel) mit hocheffizienter direkter Nutzung der Abgaswärme des BHKW (450 °C) zum Antrieb einer mehrstufigen Absorptionskältemaschine und damit 25 % mehr Kälteertrag als konventionelle KWKK-Anlagen. Das vorkonfektionierte Gesamtsystem mit aufeinander abgestimmten Komponenten reduziert die Investitionskosten und ist eine wirtschaftlich attraktive Lösung.

Im Projekt wird das Gesamtsystem entworfen und für ausführliche realitätsnahe Tests im Kompetenzzentrum KWK in Amberg aufgebaut. Hierfür erfolgt auf Komponentenebene die Weiterentwicklung eines Hochtemperaturdesorbers mit stehenden Siederohren, die Entwicklung eines kompakten Anlagendesigns für eine möglichst automatisierte Fertigung und aufeinander abgestimmte Komponenten (BHKW, mehrstufige AKM, Hydraulik) sowie eine übergeordnete Steuerung des KWKK-Systems mit Schnittstelle zur Gebäudeleittechnik.

Projektleitung: Christian Wuschig, christian.wuschig@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 03.2017 – 05.2021

ZAE Bayern

Wir betreiben angewandte Forschung an der Schnittstelle zwischen Grundlagen und Industrie. Dort entwickeln wir Methoden und Systeme, die durch intelligente und effiziente Nutzung erneuerbarer Energien CO2-Neutralität ermöglichen.

Arbeitsgruppen - Portfolio

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Tätigkeitsbericht 2019


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