Kältemittel für Wärmepumpen: Entwicklung und Optimierung von Kältekreisläufen
Das AIT Austrian Institute of Technology erforscht und entwickelt hocheffiziente Kältekreisläufe für Wärmepumpen mit dem Ziel, die beste Kombination aus Leistung, Effizienz und Umweltverträglichkeit zu finden. Ein besonderer Fokus liegt auf der Optimierung bestehender Kältekreisläufe sowie der Identifikation geeigneter Kältemittel für Wärmepumpen in verschiedenen Einsatzbereichen.
Die Funktion von Kältemitteln in Wärmepumpen
Kältemittel sind das Herzstück jeder Wärmepumpe und ermöglichen den effizienten Transport von Wärme. Ihre physikalischen Eigenschaften sind entscheidend für die Leistung, Effizienz und Umweltverträglichkeit des gesamten Systems.
Dabei nutzt eine Wärmepumpe Kältemittel, um Umweltwärme (z. B. aus Luft, Wasser oder Erdreich) oder Abwärme aus industriellen Prozessen aufzunehmen und auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Dieser Prozess läuft in einem geschlossenen Kältekreislauf ab, der aus vier Hauptkomponenten besteht:
1. Verdampfer: Das Kältemittel nimmt Umweltwärme auf und verdampft. Dabei ändert es seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig.
2. Verdichter (Kompressor): Das gasförmige Kältemittel wird verdichtet, wodurch Druck und Temperatur steigen.
3. Verflüssiger (Kondensator): Das heiße, gasförmige Kältemittel gibt die aufgenommene Wärme an das Heizsystem ab (z. B. Fußbodenheizung oder Heizkörper) und kondensiert wieder zu einer Flüssigkeit.
4. Expansionsventil: Das flüssige Kältemittel wird entspannt, wodurch Druck und Temperatur sinken. Danach beginnt der Zyklus von vorne.
Dieser Prozess sorgt dafür, dass aus einer niedrigen Temperaturquelle eine nutzbare Heiztemperatur erzeugt wird.
Kältekreislauf
Kältemittel als Schlüsselkomponente für Wärmepumpen
Die Auswahl des richtigen Kältemittels beeinflusst:
- Effizienz: Kältemittel mit optimalen thermodynamischen Eigenschaften steigern den Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
- Betriebsbedingungen: Manche Kältemittel eignen sich besser für hohe oder niedrige Umgebungstemperaturen.
- Umweltverträglichkeit: Kältemittel mit niedrigem GWP tragen weniger zur globalen Erwärmung bei.
Entwicklung und Optimierung von Kältekreisläufen
Das AIT konzentriert sich auf die kontinuierliche Weiterentwicklung und Optimierung von Kältekreisläufen, um die Leistungsfähigkeit von Wärmepumpen zu steigern. Ziel ist es, durch innovative Systemdesigns und präzise Anpassung der Betriebspunkte die Effizienz zu maximieren und den Energieverbrauch zu minimieren.
Unsere Forschungsarbeiten umfassen:
- Numerische Simulationen und Modellierungen, um die Effizienz von Kältekreisläufen unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu optimieren.
- Experimentelle Untersuchungen zur Validierung neuer Kältemittel und ihrer thermodynamischen Eigenschaften.
- Systemintegration und Testläufe unter realen Bedingungen, um die Leistungsfähigkeit der optimierten Kältekreisläufe zu evaluieren.
- Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen für unterschiedliche Anwendungen, von Wohngebäuden bis hin zu industriellen Wärmepumpensystemen.
Alternative Kältemittel für Wärmepumpen
Um die Umweltbelastung weiter zu reduzieren und gesetzliche Anforderungen zu erfüllen, forscht das AIT am Einsatz alternativer Kältemittel mit optimierten Eigenschaften. Dazu gehören:
- Hydrofluorolefine (HFOs) – Niedriges GWP, gute thermodynamische Eigenschaften.
- Natürliche Kältemittel – Effiziente, aber sicherheitstechnisch anspruchsvollere Lösungen wie Propan (R290), CO₂ (R744) und Ammoniak (R717).
Weiterentwicklung von Kältekreisläufen für maximale Effizienz
Das AIT Austrian Institute of Technology arbeitet intensiv an der Weiterentwicklung von Kältekreisläufen und dem Einsatz innovativer Kältemitteln, um Wärmepumpensysteme leistungsfähiger, effizienter und nachhaltiger zu machen. Dabei konzentrieren wir uns auf:
- Optimierung der Kältekreisläufe, um den Energieverbrauch zu minimieren.
- Untersuchung von Kältemitteln hinsichtlich ihrer Leistung und Effizienz beim Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsgebieten
- Anpassung der Systemtechnik, um die Integration neuer Kältemittel in bestehende Wärmepumpenanlagen zu erleichtern.
- Sicherheits- und Nachhaltigkeitskonzepte, um den Einsatz zukunftssicherer Kältemittel zu ermöglichen.
