Heiz- und Gebrauchswasser-Wärmepumpe mit CO2

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 100239

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0074;F-Wärmepumpen und Kälte

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Heiz- und Gebrauchswasser-Wärmepumpe mit CO2

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Pilot- und Demonstrationsanlage einer CO2-Wärmepumpe für die Gebäudeheizung und die Gebrauchswarmwasseraufbereitung mit einem Gesamtwirkungsgrad von COP 4.5 (COP 5.0 im Heizmodus und COP 4.0 im Warmwassermodus).Die Arbeiten der ersten Phase wurden Anfangs November aufgenommen. Am 27. November wurde mit allen Beteiligten ein Kick-off meeting durchgeführt.Als ersten Arbeiten wird der CO2-Wärmepumpenprozess analysiert. Es wird ein Modell des transkritischen CO2-Wärmepumpenprozesses entwickelt und verschiedene Parametervariationen wurden durchgeführt. Die Arbeiten am Model sind noch nicht abgeschlossen. Erste Resultate der Parameterstudien haben gezeigt, dass die Leistungszahlen der CO2-WP im Heizmodus mit steigenden Heizungsrücklauftemperaturen oberhalb 25_C besonders stark abfallen.Typische Heizsysteme in EFH haben eine Heizungsrücklauftemperatur zwischen 25-30_C. Um dennoch gute Leistungszahlen zu erhalten, wurden Ansätze für die Integration der CO2-WP in das Heizsystem gesucht, die eine Absenkung der Heizungsrücklauftemperatur oder der WP-Senkeeingangstemperatur auf 20-25_C ermöglichen.Verschiedene Ansätze wurden erarbeitet, die technische Machbarkeit konnte aus zeitlichen Gründen noch nicht detailliert geprüft werden.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kern,Roland
Ganz,Jochen

Zugehörige Dokumente

• CO2-WP - Jahresbericht 2003 [PDF] 70 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Für die Verwendung in Wärmepumpen ist CO2 (R744) als natürliches Kältemittel eine ökologisch interessante Alternative zu den heute in Europa überwiegend eingesetzten H-FKW-Kältemitteln. Aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften ermöglicht das Kältemittel CO2 hohe Leistungszahlen beim Einsatz in Brauchwasserwärmepumpen während die Leistungszahlen beim Einsatz in Heizungswärmepumpen durch die überkritische Wärmeabgabe eher limitiert werden. Aus diesen technischen Gründen wurde in diesem Projekt eine Kompakt-Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus nach Standard Minergie-P (Passivhaus) entwickelt, die zu gleichen Teilen Trinkwasser erwärmt und Heizwärme bereitstellt. Während dem Projekt wurde zunächst eine theoretische Analyse des Wärmepumpenprozesses vorgenommen. Diese diente der Auswahl eines für ein kommerzielles Produkt geeigneten Kältemittel-Kreislaufes und Überlegungen zur Systemintegration in ein Gebäude. Es wurden Abklärungen zur Erhältlichkeit der Komponenten gemacht. Ein Funktionsmuster für 2 kW Heizleistung wurde konstruiert, gebaut und getestet. Aufgrund der aus diesen Experimenten gewonnenen Erkenntnisse wurde eine Pilotanlage gebaut und am Wärmepumpentestzentrum vermessen. Es hat sich gezeigt, dass der CO2-Wärmepumpenkreislauf grundsätzlich eine gute Basis für ein Passivhaus-Kompaktgerät bietet. Der eingesetzte Verdampfer hat jedoch zu enge Lamellenabstände, wodurch die Wärmepumpe zu häufig abgetaut werden muss, was die Leistungsdaten verschlechtert. Zusätzlich muss die Füllmenge optimiert werden, sodass bei hohen Temperaturdifferenzen in der Senke die Vorteile der CO2-Wärmepumpe zum Tragen kommen. Ein Vergleich mit leistungsstärkeren Heizungswärmepumpen ist auf Basis der Daten des Prototyps nur eingeschränkt möglich. Der vorliegende Bericht fasst den gesamten Projektverlauf zusammen und beschreibt vor allem den Aufbau, die Prüfverfahren und die Resultate des Funktionsmusters und des Prototypen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Friedl,Markus
Schiefelbein,Kai

Zugehörige Dokumente

• CO2 Wärmepumpe - Schlussbericht [PDF] 1'538 kB

Schlussbericht (Englisch)

As a natural working fluid, CO2 (R744) is an interesting alternative to the HFC fluids currently used in Europe. Based on its thermodynamic properties, CO2 offers the possibility to build heat pumps with high efficiencies when used for hot water generation. In the case of space heating with its lower temperatures, the efficiencies are restricted due to the heat rejection in the supercritical domain. Based on these technical facts, the aim of the current project was to develop a compact heat pump for residential European-style low-energy-houses according to the standard “Minergie-P” and “Passivhaus” with a total heat consumption of 2 kW, where half of the heat is needed for hot water generation and the other half for space heating. During the project, a theoretical analysis was the basis for the selection of a flow circuit and investigations on system integration. A functional model was designed, built and tested. Based on knowledge gained from the functional model, a prototype was built and type approval tests were conducted. It was shown that the CO2 flow circuit is suited as a compact heat pump for low energy homes. With fur-ther improvements in the evaporator, the efficiency losses from the defrosting process can be reduced. Additionally the amount of working fluid in the cycle needs to be optimised such that the advantages of a CO2 heat pump when generating hot water become visible. A comparison with conventional heat pumps is difficult based on published data.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
awtec AG für Technologie und Innovation
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Friedl,Markus
Schiefelbein,Kai