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Wärmepumpen können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes installiert werden.
© STIEBEL ELTRON
Gas-Adsorptionswärmepumpe
14.01.2016

Im Projekt ADOSO wurde ein erstes Gebrauchsmuster eines Sorptionsmoduls auf Basis von Faserwärmeübertragern entwickelt. Hier zu sehen ist das verwendete Faser-Adsorbens-Kompositmaterial.
© Fraunhofer IFAM

Ziel des Projektes ADOSO ist es, eine Wärmepumpe zu entwickeln, die unter anderem kompakter ist als am Markt befindliche Geräte. Im Vergleich zu der Bauweise mit herkömmlichen Lamellenwärmeübertragern (links) konnte beim neuen Gerät (rechts) die Leistungsdichte verdoppelt werden.
© SorTech AG

Mit Metallfasern die Leistungsdichte verdoppeln

Zeolith kann erhebliche Mengen Wasserdampf adsorbieren und dabei Bindungswärme freisetzen. Diese Eigenschaft wird unter anderem in Gas-Adsorptions-Wärmepumpen genutzt. Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern und damit die Leistungsdichte des Wärmepumpenmoduls zu steigern. Ein erstes Sorptionsmodul mit neuartiger Zeolith-Beschichtung des Wärmetauschers liegt jetzt vor.

Kompakte Zeolithschichten direkt und dauerhaft mit einem metallenen Wärmetauscher zu verbinden ist schwierig. Die beiden Stoffe verfügen über unterschiedliche Wärmeausdehnungen. Aus diesem Grund würden die Zeolithschichten nach einigen Wärmepumpenzyklen abplatzen. Bisher üblich ist der Einsatz von so genannten Edelstahl-Lamellenwärmetauschern. Dabei sind die Zwischenräume der Lamellen vollständig mit Zeolith in Kugelform gefüllt. Damit die Kugeln dort verbleiben, ist der gesamte Wärmetauscher von einem Gitter eingefasst. Die Geometrie der Zeolith-Schichten im Adsorber hat entscheidenden Einfluss auf den Wärmeübergang und die Fähigkeit, Wasser anzulagern und somit auf die Leistungsdichte der Wärmepumpe.

Diese zu erhöhen war ein Ziel des Forschungsprojektes ADOSO. Dazu löteten die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für  Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM eine versinterte Faserstruktur auf Flachrohre eines Wärmetauschers. Im Anschluss kristallisierten die Entwickler eines Herstellers von Adsorptionskälteanlagen das Sorptionsmaterial Zeolith in dünnen und kompakten Schichten direkt auf die Oberfläche des neuen Faser-Wärmetauschers. „Im Vergleich zu Standardlamellen bietet der Faserwerkstoff eine vierfach größere Oberfläche. Damit kann die Sorbensmasse deutlich erhöht werden, ohne die Schichtdicke zu vergrößern und damit den Stoff- und Wärmetransport in der Adsorptionsschicht zu verlangsamen“, erklärt Ursula Wittstadt, Verbundkoordinatorin beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Die Leistungsdichte des Sorptionsmoduls erhöhte sich im Vergleich zur Bauweise mit herkömmlichen Lamellenwärmeübertragern von 145 W/l auf 300 W/l ohne die Effizienz zu verringern.

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Heizgeräts auf Zeolith-Basis mit Wasser als Arbeitsmittel. Die Wärmepumpe soll kompakter und kostengünstiger sein als die am Markt befindlichen Geräte mit vergleichbarer Leistung. Darüber hinaus soll das neue Gerät eine Jahresarbeitszahl von über 1,3 erreichen. Sowohl der neuartige Adsorptionswärmeübertrager als auch eine optimierte Funktionsweise von Verdampfer und Kondensator tragen dazu bei. Derzeit läuft eine Simulationsstudie, bei der der Betrieb der Gas-Wärmepumpe in unterschiedlichen Klimaten in Europa untersucht wird.

(bs)

Merkzettel

Adressen

Entwicklung Gesamtgerät
STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG

Entwicklung Sorptionsmodul
SorTech AG

Charakterisierung und Simulation
Fraunhofer ISE

Links

So funktioniert eine
Zeolith Gas-Wärmepumpe

Infotipps

Mit Gas-Adsorptionswärmepumpen heizen
BINE-Projektinfo 03/2015

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.