Multi-Temperatur Wärmepumpen

Motivation

• Heizen und Kühlen ist in der Industrie auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erforderlich. 
• Verschiedene Temperaturstufen sollen gleichzeitig erreicht werden.
• Potentielle Wärmequellen und -senken sind zahlreich vorhanden, wie z.B. aus Abwasser, Kühlkreisläufen, Warmwasser oder Prozessdampf.

Ziele

• Ziel ist es effiziente und flexible Heiz- und Kühllösungen auf Systemebene zu entwickeln. 
• Literatur Review über Wärmepumpen und Kälteanlagen mit Fokus auf Multi-Temperatur Anwendungen
• Präsentation verschiedener Design-Strategien, einschließlich Zyklen mit mehrstufigen Verdichtern, Ejektoren, Expansionsventilen, Kaskaden und getrennten Gaskühlern
• Anwendungsbeispiele in der Kälte-, Klima- und Heizungstechnik
• Berechnung der Effizienz von verschiedenen Kreisprozessen auf Basis von thermodynamischen Modellen

Erkenntnisse

• In Supermarkt Anwendungen sind mehrstufige Verdichterzyklen mit transkritischem CO2 eine etablierte Schlüsseltechnologie. 
• Kaskaden Schaltungen mit Sekundärkreisläufen sind eine weitere häufig angewandte Art von Systemen.
• Zyklen mit Expansionsventilen werden in Kühlschränken und Klimaanlagen eingesetzt. 
• Zyklen mit Ejektoren sind eine vielversprechende Modifikationsmöglichkeit, um die Systemleistung weiter zu verbessern. 
• Getrennte Gaskühler für die Raumheizung und Warmwassererzeugung lassen sich mit überkritischen CO2-Zyklen kombinieren. 
• Thermodynamische Simulationen zeigen, dass mehrstufigen Verdichterzyklen die höchste Effizienz erreichen, gefolgt von Kaskaden, Ejektor- und Expansionsventil-Zyklen.

Publikation

• Arpagaus C.; Bless, F.; Schiffmann J.; Bertsch S.S.: Multi-temperature heat pumps: A literature review, International Journal of Refrigeration, 2016, 69, pp 437–465.