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Hochschule Bremen - University of Applied Sciences

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Wärmepumpe

KONZEPTENTWICKLUNG UND ERRICHTUNG EINES WÄRMEPUMPENPRÜFSTANDES ZUR UNTERSUCHUNG DER WÄRMEÜBERTRAGUNG IM ERDREICH
Die Gesamtinstallation (errichtet Labor für Energietechnik der Hochschule Bremen) besteht aus den folgenden Hauptbestandteilen:
- kommerzielle Wärmepumpe mit Armaturen und Hilfseinrichtungen,
- sechs vertikale Erdwärmetauschern (Erdwärmesonden) von zwei verschiedenen Geometrien –U-Rohr und koaxial,
- Messtechnik (Volumenstrom-, Temperatur-, Druckmessung, elektrische Leistungsmessung),
- Datenerfassung- und Überwachungssystem auf der Basis von „LabVIEW“,
- Wärmeabfuhrsystem und Umschaltsysteme (Wärmepumpen- und Kühlbetrieb).
Der Prüfstand ist funktionsfähig und ermöglicht verschiedene Experimente, unter anderem langfristige Datenerfassung zur Wärmeübertragung im Boden, „Thermal Respond Tests“, Gesamtsystemanalyse und andere. Die zukünftige Erweiterung des vorhandenen Prüfstandes wird in der Integration eines Direktverdampfungsteils bestehen, damit die beiden Erdwärmesondentypen als Verdampfer im Erdreich getestet werde können. (Die vorhandene Installation arbeitet mit einem Wärmeträgermedium zwischen den Erdreichwärmetauschern und dem Wärmepumpenkreislauf)
Die zurzeit laufenden langfristigen Messungen werden sowohl zur Verifizierung von eigenen Berechnungsmodellen als auch als Basis zum Vergleich mit den Forschungsergebnissen von anderen Autoren genutzt. Gleichzeitig wird die Verwirklichung des Prüfstandteils mit Direktverdampfung vorbereitet.
Steuerungssoftware mit LabVIEW
Steuerungssoftware mit LabVIEW
DATENERFASSUNG UND -VERARBEITUNG
Die Messdaten können mit einem messtechnischen Programm (LabVIEW) erfasst und verarbeitet werden. Die Hauptvorteile des vorhandenen Datenerfassungssystems bestehen unter anderem darin, dass Daten aus langfristigen Messungen archiviert und verarbeitet werden und dass verschiede Betriebszustände angesteuert und analysiert werden können, z. B. die einzelnen Sonden oder Sondengruppen können automatisch ab- oder zugeschaltet werden, verschiedene Betriebszustände der Anlage können untersucht werden (auch dynamisch).
ERDWÄRMESONDEN
In der Testinstallation wurden zwei verschiedene Typen von Erdwärmesonden konzipiert und installiert:
- U-Rohr Anordnung mit einem Fallrohr (blau) und drei Steigrohren (rot),
- Co-axiale Geometrie
Die beiden Sondentypen, und insbesondere die U-Rohr Anordnung, wurden aus dem Gesichtspunkt der Direktverdampfung ausgelegt und errichtet. Sie werden aber auch in der gleichen Form in dem bereits funktionierenden Teil der Anlage mit Wärmeträgermedium eingesetzt. Jeweils eine Sonde von den beiden Geometrien wurde für die Erweiterung des Prüfstandes vorgesehen, d.h. sie werden als Verdampfer im Direktverdampfungsmodul eingesetzt.
Erdwärmesonde nach dem U-Rohr Prinzip
Erdwärmetauscher nach dem U-Rohr Prinzip
Erdwärmesonde nach dem Coaxial Prinzip
Erdwärmetauscher nach dem Coaxial Prinzip
Technische Daten der Versuchs- und Demonstrationsanlage:
Wärmepumpe:
Heizleistung 6,6 kW
Kälteleistung 5,9 kW
Aufnahmeleistung 1,3 kW

Erdwärmetauscher-Längen:
- U-Rohr Prinzip 25 m
- Co-axial 13 m

Volumenstrom:
Heizseite 1,9 m³/h
Soleseite 1,5 m³/h

Wärmeträgermedium:
Typ R 22; S 2, 24-25; 46
Volumen ca. 90l

Verbindungsleitungen:
Isolierte Erdleitung ca. 300 m
Kupferrohr ca. 25 m
AUSBLICK
Zurzeit wird die Installation mit einem Wärmeträgermedium zwischen den Erdwärmetauschern und dem Kreislauf der Wärmepumpe betrieben. Die Umschaltung zwischen Wärmepumpen- und Kältebetrieb ist vorgesehen, so dass Erdreich auch als Wärmespeicher praktisch untersucht werden kann.
In der nächsten Phase des Projektes sollen die Forschungsmöglichkeiten und -alternativen durch Errichtung des bereits konzipierten Anlagenteils mit Direktverdampfung im Erdreich vertieft und erweitert werden. Als perspektivische Weiterentwicklung der Anlage ist Entstehung einer Hybridanlage, z.B. in Kombination mit den Solarkollektoren möglich und als mittelfristige Planung berücksichtigt worden.
Ansprechpartner
Name Telefon E-Mail
Smolen, Slawomir, Prof. Dr.-Ing. +49 421 5905 3579  senden

 

 

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