Wärmepumpe mit Turbokompressor
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- Helmut Auttenberg
- vor 9 Jahren
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Transkript
1 Wärmepumpe mit Turbokompressor Dr. Cordin Arpagaus IES, NTB Buchs 1 [email protected]
2 Wärmepumpen der Schlüssel zur Energiewende Verkaufszahlen Wärmepumpen 2015: Vergleich Holz-, Öl- und Gaskessel Wärmepumpen in Betrieb 70% der neu erbauten Einfamilienhäuser werden mit Wärmepumpen ausgestattet (Quelle: Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz FWS / GebäudeKlima Schweiz) 2 [email protected]
3 Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Umweltwärme Strom 25% Heizwärme und Warmwasser 75% 100% Luft Wasser Erdwärme 2/3 Luft / Wasser WP 1/3 Sole/Wasser WP Wärmepumpe COP = Heizwärme Strom = 4 COP (Leistungszahl): Coefficient of Performance 3 [email protected]
4 COP [-] IES Technologischer Fortschritt - Leistungszahl (COP) Entwicklung von Sole/Wasser Wärmepumpen Ziel bis 2050 COP = 5.7* (Gütegrad 65%) Forschungsbedarf Kompressor *Betriebspunkt Sole/Wasser B0/W35 B0: Sole (brine) bei 0 C W35: Vorlauftemperatur Wasser 35 C (Quelle: Wärmepumpen-Testzentrum WPZ, NTB Buchs, 4 [email protected]
5 SCCER-EIP «Swiss Competence Center for Energy Research Efficiency in Industrial Processes» SCCER = Förderprogramm für Energie in der Schweiz (25 Hochschulen, Forschende) Work Package 2: Energie Effizienz (direkt) Ziel: Hocheffiziente Systemlösungen und Technologien (z.b. Kreisprozesse und Wärmepumpen) Performance Sprung Wärmepumpen Systeme Wärmepumpe mit Turbokompressor Effizienzsteigerung im kleinen Leistungsbereich Turbokompressor Komponenten 5 [email protected]
6 Funktion Turbokompressor dynamische Kompression Diffusor Spiralgehäuse Spiralgehäuse Einlass Diffusor Laufrad Gasspalt Laufrad E kin E pot 6 [email protected]
7 Ölfreie Kompression Einschränkungen mit Öl 1. Thermischer Zerfall bei 120 C 2. Reduktion Kompression Effizienz 3. Verminderung des Wärmeaustauschs 4. Bedingt Ölrückführungssysteme (Ölsammler, Ölabscheider, etc.) Ölfrei = höhere Effizienz + neue potentielle Anwendungen Hochtemperatur Wärmepumpen Mehrstufige (Multi-Temperatur) Wärmepumpen 7 [email protected]
8 Effiziente aerodynamische Gaslagerung Gleitlager mit Fischgerätemuster geräuscharmer Lauf mit hohen Drehzahlen nahezu verschleissfreier Betrieb (keine Reibung) absolute Ölfreiheit 8 [email protected]
9 Miniaturisierung hoher Anspruch an Fertigungstoleranzen CFD Design 5-achsige CNC Fräsmaschine Herstellbare Spaltgrösse m 15 mm Durchmesser (Quelle: Javed et al., 2016) 9 [email protected]
10 Klein / kompakt / geringes Gewicht Grössenvergleich Turbokompressor vs. Scroll Kompressor (Quelle: Schiffmann, 2014) 10 [email protected]
11 Turbokompressoren im Vergleich TT300 EMTC-180k Ref Miniatur Turbokompressor Design: 2-stufig 1-stufig 1-stufig Lagerungsart: Magnetlagerung Gaslagerung Gaslagerung Antriebsleistung: 300 kw (Industrie) 6 kw 0.5 kw Max. Drehzahl: rpm rpm rpm Max. Druckverhältnis (R134a): 4.0 (TT300) Massenstrom (R134a): n.a g/s g/s Max. Effizienz: n.a. 75% 76% Abmessungen (L x H) 788 x 518 mm 255 x 86 mm 155 mm / 75 mm Gewicht 120 kg 5 kg 0.6 kg 11 [email protected]
12 Verdichterkennfeld (Druckverhältnis vs. Massenstrom) 12
13 Take Home Message Wärmepumpe mit Turbokompressor Hohe Effizienz Ölfrei Kleinstmasstab Neue Anwendungen (Hochtemperatur & Multi-Temperatur) 13
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