In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi geförderten Projekt »LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme Kältekreise für Wärmepumpen, die möglichst effizient und mit geringen Mengen des klimafreundlichen Kältemittels Propan betrieben werden. In einer großangelegten automatisierten Kreuzevaluation testet ein Team des Instituts verschiedene Einzelkomponenten von Wärmepumpen in dutzenden Kombinationsvarianten und unter verschiedenen Betriebsparametern. Ziele sind die weitere Reduktion der benötigten Kältemittelmenge, das Erkennen methodischer Zusammenhänge und das Gewinnen von Daten für die simulative Auslegung von Wärmepumpen. Die Messkampagne erhebt ein Jahr lang rund um die Uhr eine Fülle an Parametervariationen und generiert damit eine einzigartige Datenbasis. 

Für die Messkampagne werden zwischen 40 und 80 Prototypen für Sole-Wärmepumpen gebaut, wobei die einzelnen Komponenten (Verdampfer, Verdichter, Kondensator, interner Wärmeübertrager und Expansionsventil) in verschiedenen Konstellationen zusammengesetzt werden. An drei identischen Testständen laufen die Tests parallel ein Jahr lang 24 Stunden am Tag, wobei pro Prototyp zwischen 30 und 150 Betriebspunkte angefahren und die Messwerte von 26 Sensoren aufgezeichnet werden. Für die automatisierte Durchführung der Tests entwickelt das Team des Fraunhofer ISE ein System zur automatischen Kältemittelbefüllung und -entleerung der Wärmepumpen, um das aufwändige händische Handling des Propans durch geschultes Fachpersonal zu sparen. 

Daten werden in eine Software geladen

Sensoren erfassen Temperatur, Druck, Leistungsaufnahme und Volumenströme in den Prototypen, die Daten werden automatisch in eine Software zur Auswertung geladen. Um ihre Auswirkungen auf die Komponenten zu ermitteln, werden Wärmesenken und -quellen ebenso variiert wie Temperaturen und Betriebszustände. Dies erlaubt die Abschätzung der saisonalen Effizienz einer mit dem jeweiligen Kältekreis aufgebauten Wärmepumpe. Auch die Ölmenge und der Öltyp im Verdichter werden variiert. 
Auf Basis der Messergebnisse wollen die Forscher des Fraunhofer ISE "Best of"-Kombinationen der besten Komponenten über einen längeren Zeitraum testen, mit dem Ziel der weiteren Füllmengenreduzierung des Kältemittels Propan. 

Mit dem Start der Messkampagne beginnt mit der Erzeugung und Auswertung der breiten Datenbasis die Kernarbeit des Projekts »LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan«. 

Aus der gewonnenen Datenbasis wollen die Forscher methodische Zusammenhänge ableiten, damit kältemittelreduzierte Wärmepumpen in Zukunft mit weniger Aufwand ausgelegt werden können. Die technische Universität von Valencia (UPV) entwickelt dafür mit ihrer Software IMST-Art ein Werkzeug für simulative Voraussagen. Während der Messkampagne werden die Simulationsergebnisse mit den tatsächlichen Messwerten abgeglichen und die Software so laufend verbessert. (amo)