Wärmepumpen, Geräte, die unsere Wohnräume heizen und kühlen, werden aufgrund ihres ökologischen Potenzials nach und nach eingesetzt, insbesondere wenn sie mit erneuerbaren Energien wie Photovoltaik betrieben werden. Allerdings ist die Energieeffizienz noch nicht ganz optimal. Eine neue Forschungseinheit hat beschlossen, dieser Frage nachzugehen.

Herausforderungen bei der Energieeffizienz von Wärmepumpen

Wärmepumpen bieten im Kontext des Klimawandels technologische und ökologische Vorteile. Die Energieeffizienz kann jedoch nicht vollständig optimiert werden. Dies liegt vor allem daran, dass das Verhalten des Öl-Kältemittel-Gemisches in Wärmepumpenkompressoren thermodynamisch noch nicht vollständig verstanden ist.

Wissenschaftler der neuen Forschungseinheit 5595“ Mehrphasige Öl- und Kältemittelströmungen im Weltraum mit beweglichen Grenzen – Neue mikroskopische und makroskopische Ansätze für Experimente, Modellierung und Simulation » (abgekürzt: „Archimède“), gefördert mit vier Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), will das ändern.

Auf dem Weg zu einem neuen Berechnungsmodell für Kompressoren

Die Ergebnisse sollen ein neues Berechnungsmodell für die Kompressorauslegung liefern, das wiederum die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kältemaschinen deutlich verbessern kann.

Sprecher der neuen DFG-Forschungsgruppe ist Professor Markus Richter, Leiter des Lehrstuhls für Technische Thermodynamik an der DFGTechnische Universität Chemnitzmit insgesamt rund 1,1 Millionen Euro Fördermitteln.

„ Ich freue mich sehr über die Gründung der DFG-Forschergruppe „Archimedes“ unter der Leitung der TU Chemnitz – und damit der zweiten Forschungsgruppe an der Fakultät für Maschinenwesen. Ich gratuliere Professor Richter und allen anderen Teilnehmern zu diesem tollen Erfolg für die Fakultät für Maschinenwesen und unsere gesamte Universität. Ich möchte mich auch ganz herzlich bei allen Teilnehmern für ihr unglaubliches Engagement bedanken. Es besteht kein Zweifel, dass diese Forschungseinheit einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung des Profils und der Außenattraktivität unserer Universität leisten wird », kommentiert der Rektor der TU Chemnitz, Professor Gerd Strohmeier.

Verstehen Sie das Verhalten von Öl- und Kältemittelgemischen

„ Das Verhalten von Gemischen aus Schmieröl und Kältemittel – etwa dem natürlichen Kältemittel Propan oder CO2 – in einem Wärmepumpenkompressor oder einer Kältemaschine stellt eine besondere Herausforderung für die Thermo- und Strömungsdynamik dar. Faktoren wie Druck und Temperatur verändern das thermophysikalische Verhalten und Strömungsverhalten, was letztendlich Einfluss auf die Heiz- oder Kühlleistung hat. Für Öl- und Kältemittelgemische werden wir in diesem Grundlagenforschungsprojekt erstmals die thermophysikalischen Eigenschaften präzise bestimmen und auf dieser Basis einfach anwendbare Zustandsgleichungen sowie Viskositäts- und Wärmeleitfähigkeitsmodelle entwickeln. Dies ist ein wichtiges Element zur Optimierung einer Wärmepumpe “, erklärte Professor Markus Richter.

Synthetik

Wärmepumpen, die Wohnräume heizen und kühlen können, sind mit erneuerbarer Energie wie Photovoltaik umweltfreundlicher als beispielsweise Gasheizungen. Im Kontext des Klimawandels bieten Wärmepumpen technologische und ökologische Vorteile.

Die Energieeffizienz von Wärmepumpen lässt sich noch nicht vollständig optimieren. Dies liegt vor allem daran, dass das Verhalten des Öl-Kältemittel-Gemisches in Wärmepumpenkompressoren thermodynamisch noch nicht vollständig verstanden ist.

Zum besseren Verständnis

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärmeenergie aus der Umgebung (Luft, Wasser, Boden) nutzt, um einen Raum zu heizen oder zu kühlen. Es funktioniert, indem es Wärme von einem Ort zum anderen transportiert.

2. Warum ist die Effizienz der Wärmepumpe nicht ganz optimal?

Das Verhalten des Öl- und Kältemittelgemisches in Wärmepumpenkompressoren ist thermodynamisch nicht vollständig verstanden, was die Optimierung der Energieeffizienz begrenzt.

3. Was ist das Ziel der neuen Forschungseinheit „Archimède“?

Forschungseinheit Archimedes » zielt darauf ab, neue Berechnungsmodelle für die Kompressorauslegung zu entwickeln, die die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kältemaschinen deutlich verbessern können.

4. Wer hat diese Forschung finanziert und wie viel hat sie gekostet?

Diese Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert, die diesem Projekt rund vier Millionen Euro zur Verfügung stellt.

5. Wann beginnt die Forschung?

Die Forschungsarbeiten werden voraussichtlich im ersten Quartal 2024 beginnen.

Bildunterschrift: Professor Markus Richter von der TU Chemnitz ist Sprecher der neuen Forschungsgruppe „Archimedes“. Bildnachweis: Technische Universität Chemnitz

[ Rédaction ]