Bachelorarbeit Greta Kolb

  Bachelorarbeit Kolb Urheberrecht: EBC Schematischer Aufbau des literaturgestützt-entwickelten Kompressionswärmepumpen-Prüfstands zur detaillierten Untersuchung nicht-halogenierter Kältemittel.

In der Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen gewinnen nicht-halogenierte Kältemittel in Zukunft zunehmend an Bedeutung. Ein Grund dafür ist das Montreal-Protokoll, das den Verzicht von ozonschichtschädigenden und treibhauswirksamen Stoffen völkerrechtlich verbindlich festlegt. Außerdem beschränkt die in der EU geltende F-Gas-Verordnung den Verkauf der fluorierten Kältemittel (F-Gase) mit hohem Treibhauspotenzial bis 2030 um 79 % in Bezug auf das Referenzjahr 2015.

In Wärmepumpen werden hauptsächlich Fluorkohlenwasserstoffe als Kältemittel verwendet. Durch die künstliche Verknappung und einen daraus folgenden hohen Preisanstieg ist ein Umstieg auf alternative Kältemittel erforderlich. Daher wird im Rahmen der Untersuchung von natürlichen Kältemitteln in Arbeitsmittelkreisläufen von Wärmepumpen am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik des E.ON Energy Research Center ein Demonstrator-Prüfstand einer Wärmepumpe mit nicht-halogenierten Kältemitteln entwickelt.

Entscheidende Rahmenbedingungen für die Auslegung des Prüfstandes sind die maximale Heizlast und das alternativ eingesetzte Kältemittel.

In Anlehnung an die deutsche Norm zur Berechnung der Norm-Heizlast DIN EN 12831 wird die maximale Heizlast eines modellhaften Einfamilienhauses bestimmt. Dabei werden die verschiedenen Dämmschutzverordnungen seit 1984 berücksichtigt. Anhand eines Simulationsmodells des Einfamilienhauses wird mit einer Abschätzung zur sicheren Seite eine maximale Heizlast von 10 kW für Gebäude mit niedrigem Dämmstandard ermittelt.

Für die Auswahl der Kältemittel werden thermodynamische Anforderungen in Kompressionswärmepumpen definiert und Kriterien für die Auswahl erstellt. Insbesondere Propan als Kältemittel der Kohlenwasserstoffe überzeugt trotz Brennbarkeit durch geeignetes thermodynamisches Verhalten.

Mithilfe der literaturgestützen Planung des Prüfstands erfolgt eine Marktrecherche zu Propan-Kompressoren. Durch die Entwicklung von Kosten-Nutzen-Abhängigkeiten werden die einzelnen Komponenten bewertet. Dabei werden kapitalgebundene, betriebsgebundene und bedarfsgebundene Kosten über die nach der VDI-Richtlinie 2067 angesetzte Nutzungsdauer einer Wärmepumpe untersucht. Eine kritische Bewertung erfolgt anhand des COPs. Der günstigste Kompressor wird schließlich mit einem konventionellen gasbetriebenen Heizkessel verglichen und die Handlungsoptionen erörtert.