In diesem Teilprojekt werden äußere Randbedingungen für Großwärmepumpen mit thermischen Speichern durch Literaturrecherche und Branchenbefragung ermittelt. Dabei werden statische (z. B. Temperaturniveaus, Temperaturdifferenzen) und dynamische (z. B. zeitlicher Wärmebedarf, Verfügbarkeit von Wärmequellen) Faktoren berücksichtigt.

Auf dieser Basis werden thermodynamische Kreisprozesse, Kältemittel, Speichermaterialien und Stromversorgungsoptionen ausgewählt.

Ziel ist die Entwicklung von Phasenwechselspeichern für Wärmenetze und industrielle Anwendungen in Kombination mit HT-Wärmepumpen, unter Berücksichtigung von Dynamik, Temperaturniveau und Speicherbedarf.

Es wird ein Auslegungswerkzeug für thermodynamische Kreisprozesse mit Wärmespeichern entwickelt, welches die Modellierung von Großwärmepumpen mit zweikomponentigen Arbeitsfluiden und makroverkapselten PCM-Schichtspeichern umfasst.

Für die Modellentwicklung des thermischen Schichtspeichers (TUC-IEVB) wird eine makroskopische Kinetik zur Beschreibung der Fest-Flüssig-Phasenübergänge sowie der Hysterese von langkettigen Alkan-Nanocomposites und Alkan-Polyoxymethylen mit Hilfe experimenteller Stoffdatengenerierung entwickelt.

Die Ergebnisse werden nach dem Bau des Prüfstands (TP I.3) dort validiert.

Der geplante Aufbau von Laborprüfständen in diesem AP dient der experimentellen Validierung und Parametrisierung von Modellbibliotheken.

Geplant sind drei Laborprüfstände: Am IfT der LUH wird eine Kompressionswärmepumpe mit Ammoniak/Wasser-Gemisch und 60 kW Leistung angepasst, um Modellbibliotheken der zweiphasigen Gemischkondensation und -verdampfung zu validieren. Am IEVB der TUC wird ein Versuchsstand für PCM-Nanokomposite im Temperaturbereich 70 – 200 °C errichtet.

Das ISFH baut einen modularen Laborprüfstand zur Untersuchung verschiedener Kompressionskreisprozesse und Kältemittelgemische.

Nach erfolgreicher Umsetzung von TP I.3 stehen Laborprüfstände zur Optimierung und Validierung der Modellbibliotheken bereit.

WP-Komponenten, Speichermaterialien, Speichergestaltung und Kreisprozesskonfigurationen werden untersucht. Am IfT werden Messungen zu Wärmeübergangskoeffizienten bei verschiedenen Gemischzusammensetzungen durchgeführt. Am ISFH werden verschiedene Kreisprozesskonfigurationen und Wärmeübertragungsprozesse für zweikomponentige Systeme wie Aceton-Kohlenstoffdioxid untersucht.

Am TUC-Speicherprüfstand werden makroverkapselte PCM-Module bei unterschiedlichen Temperaturniveaus getestet, wobei die Erkenntnisse in die Modellbibliotheken einfließen.

In diesem Teilprojekt werden Interviews mit potenziellen Nutzern durchgeführt, um deren Anforderungen zu ermitteln. Es folgt eine Analyse von Standards und Richtlinien für Großwärmepumpensysteme und thermischen Speichern.

Vor der Entwicklung eines eigenen Auslegungstools werden vorhandene Softwarelösungen recherchiert und bewertet. Ein Konzept für das Werkzeug wird erstellt, Prototypen zur Visualisierung der Benutzeroberfläche entwickelt und die Software programmiert. Die Integration und Validierung der Berechnungsalgorithmen erfolgt kontinuierlich.

Abschließend wird eine Dokumentation erstellt, die auch gesetzliche Vorgaben und Marktverfügbarkeit von Komponenten berücksichtigt.

Dieses Teilprojekt beginnt mit einer Analyse der Anforderungen eines lokalen Anwenders und der Industriepartner. Daraufhin wird ein Konzept für das Großwärmepumpensystem entwickelt und geeignete Technologien sowie Komponenten ausgewählt. Das in TP I.5 erstellte Auslegungswerkzeug wird dabei laufend überprüft und verbessert.

In Zusammenarbeit mit dem Anwender und den Partnern wird das System geplant, wobei der Betrieb der Anlage zum Projektende angestrebt wird.