Verbundvorhaben: Sherlock - Untersuchung der Öl-Kältemittel Interaktion in Wärmepumpen: Vom Fluid bis zur Anlage; Teilvorhaben: Entwicklung eines Berechnungstools für Wärmepumpen basierend auf validierten semi-physikalischen Verdichtermodellen
Zeitraum
2024-01-01 – 2026-12-31
Bewilligte Summe
807.979,28 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EN4064B
Leistungsplansystematik
Energiesparende Industrieverfahren - Wärmepumpen, Kältemittel [EA3202]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN4)
Förderprogramm
Energie
Im Forschungsvorhaben SHERLOCK steht die Auslegungsoptimierung von Wärmepumpen für Privathaushalte sowie für gewerbliche Anwendungen im Fokus. Ziel ist die Steigerung der Energieeffizienz sowie die Reduktion der Kältemittelfüllmenge durch die optimale Wahl des Arbeitsmittelpaares (Kältemittel und Öl) und eine darauf abgestimmte Systemauslegung. Im Speziellen werden Propan-Isobutan-Gemische und geeignete Öle sowie deren Additive auf den relevanten Systemebenen vom Fluid bis zur Anlage analysiert, bewertet und optimiert. Für die Optimierung werden die Fluid-, die Komponenten- und die Systemebene jeweils separat und im Anlagenverbund betrachtet. Auf der Fluidebene werden Laboruntersuchungen unterschiedlicher Kältemittel(-gemisch)-Öl-Additiv-Paarungen durchgeführt und darauf aufbauend Stoffmodelle entwickelt, die auf den anderen Ebenen genutzt werden können. Auf der Komponentenebene werden Verdichtertypen und -größen experimentell vermessen sowie Wärmeübertrager und Öl-Abscheider mittels CFD-Berechnungen hinsichtlich Energieeffizienz und Füllmenge optimiert. Auf der Systemebene werden die Wechselwirkungen und Verlustmechanismen der optimierten Komponenten im Anlagenverbund experimentell bewertet und die gewonnenen Erkenntnisse zur Validierung der Berechnungsmodelle genutzt. Die validierten, semi-physikalische Simulationsmodelle werden in ein Auslegungs- und Simulationstool für Wärmepumpen überführt und das Tool wird open-source bereitgestellt. Mit Hilfe dieses Tools können Systemwechselwirkungen und daraus resultierende Verlustmechanismen bereits in frühen Entwicklungsphasen identifiziert und miniert werden, sodass in kürzerer Entwicklungszeit effizientere Anlagen mit reduzierter Füllmenge ausgelegt werden können. Das Forschungsvorhaben SHERLOCK trägt somit systematisch zur Beschleunigung der Energiewende durch optimiert ausgelegte Wärmepumpen im Gebäudesektor und im Gewerbe bei.