This state of the art of the situation of industrial heat pumps is part of a broader work. A next phase should address the research of a pilot site in the industrial sector followed by imple-mentation of a high temperature heat pump. Development of a prototype should take place in parallel.
Acknowledgements
We acknowledge the financial support of the Swiss Federal Office of Energy (SFOE) and University of Applied Sciences of Western Switzerland – Yverdon-les Bains (HES-SO).
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J. Schiffmann, Prof., Directeur J. B. Carré
A. Weickgenannt
Ecole Polytechnique Fédéderal de Lausanne (EPFL) Laboratory for Applied Mechanical Design,
C. Arpagaus
Kleine, schnelldrehende Radialverdichter auf Gaslager stellen für Wärmepumpen eine inte-ressante Alternative zu heutigen Stand der Technik dar. Turboverdichter erlauben es durch ihre Funktionsweise der Wärmepumpenlast zu folgen während die Ölfreiheit es ermöglicht verbesserte Wärmetauscher und mehrstufige Wärmepumpenkreisläufe zu implementieren.
Der Beitrag gibt eine Übersicht über verschiedene experimentell untersuchte R134a Radial-verdichter mit Laufraddurchmesser in der Grössenordnung von 20mm und Drehzahlen bis zu
000U/Min, wobei Druckverhältnisse über 3.3 pro Stufe und aerodynamische Wirkungs-grade weit über 70% gemessen wurden.
Nebst experimentellen Untersuchungen werden kritische Einblicke in die Herausforderungen, die sich bei einer Skalierung von Radialverdichter hin zu kleineren Leistungen ergeben.
1 Einführung
Gemäss der IEA [1] gehen 20% des weltweiten Verbrauchs an Primärenergie auf das Konto von Raumheizung und Warmwasseraufbereitung. Da Heizen und Kühlen Energien bei relativ tiefen Temperaturen benötigen, bieten erneuerbare Energieträger für diese Anwendungen eine interessante Alternative zu fossilen Energieträger. Mit dem Ziel unterschiedliche technologi-sche Kombinationen zu untersuchen, identifizieren Favrat et al. [2] Wärmepumpen klar als Schlüsseltechnologie, um den Energieverbrauch im Heizbereich zu reduzieren. Jüngste For-schungsergebnisse durch Demierre et al. [3, 4] und Mounier et al. [5] zeigen weitere interes-sante Alternativen zu Absorptionswärmepumpen, bei welchen eine ORC-Turbine direkt einen Verdichter für einen Kompressions-Wärmepumpenkreislauf antreibt.
Die COP-Werte von Wärmepumpen sind Anfangs 90iger durch den Einsatz von Scrollver-dichtern stark angestiegen, stagnierten seither. Eine marginale Erhöhung der COPs wurde durch eine verbesserte Regelung erreicht [6]. Trotz der ausgedehnten Verbreitung von Wär-mepumpen gibt es weiterhin ein grosses Potential sie weiter zu verbessern. Eine detaillierte Analyse durch Zehnder [7] verdeutlichte, dass etwa 50% der Verluste in Wärmepumpen wäh-rend dem Verdichtungsprozess entstehen, derweil 30% dem Expansionsprozess und 20% den Wärmetauschern zugeschrieben werden können. Es kann also daraus geschlossen werden, dass der Verdichter Schlüssel zu höheren COP-Werten ist. Eine Erhöhung der Verdichterwir-kungsgrade kann über eine neue Verdichtertechnologie oder über eine Aufteilung des Ver-dichtungsprozesses in mehrere Etappen mit Zwischenkühlung erreicht werden.