FluePump – Effizienzsteigerung durch kältemittelgekühlten Rauchgaskondensator für gasbefeuerte Absorptionswärmepumpen

Der Einsatz von gasbefeuerten Absorptionswärmepumpen als effiziente Heizung offeriert – aufgrund der wesentlich höheren Effizienz von bis zu 200% im Vgl. zu modernen Brennwertgeräten mit nur 105% – ein enormes ökologisches Potential. Ihre Anwendung wird vor allem im s.g. „Retro-Fit“ Bereich, d.h. in Gebäuden älterer Bausubstanz mit existierenden Öl- oder Gaskesseln, wo die bestehende Infrastruktur genutzt werden kann, angesehen. Dieses Segment der Heizungssanierung von älteren Gebäuden bietet ein immenses Einsatzpotential, da ca. 65 % des österreichischen Gebäudebestands vor 1981 errichtet wurde.

Umgesetzt wird die Brennwerttechnik herkömmlich, durch die Kühlung des Abgases unter den Taupunkt mit Hilfe des Heizungswasserrücklaufs. Da vor allem in älteren Gebäuden die Temperatur des Heizungswasserrücklaufs zu hoch für eine Kondensation des Wasserdampfes im Abgas ist, kann die Brennwerttechnik nicht genutzt werden. Um unter allen Betriebsbedingungen eine Kondensation des Wasserdampfes im Abgas und damit die Nutzung der Brennwerttechnik zu ermöglich, wird im Rahmen dieses Projektes der Einsatz eines kältemittelgekühlten Abgaswärmeübertragers anstelle eines über den Heizungswasserrücklauf gekühlten Abgaswärmeübertrager untersucht.

Es wurde ein Simulationsmodell aufgebaut, welches den Vergleich beider Abgaswärmeübertragervarianten ermöglicht. Aufgrund der wesentlich höheren Temperatur des Kältemittels am Eintritt in den Absorber, und der möglichen Beeinflussung der Absorption und des Absorptionswärmepumpenprozesses wurde ein Versuchsstand zur Untersuchung der Absorption von heißem Sorptiv aufgebaut. Des Weiteren wurde ein Modell des kältemittelgekühlten Abgaswärmeübertragers erstellt und dieser für den Einbau in eine gasbetriebene Absorptionswärmepumpe entsprechend ausgelegt. Die experimentelle Untersuchung der gasbetriebenen Absorptionswärmepumpe mit dem Arbeitsstoffpaar NH₃/H₂O (Ammoniak/Wasser) soll die mögliche Effizienzsteigerung, welche mit einem kältemittelgekühlten Abgaswärmeübertrager erzielt werden kann, zeigen.

Ausgangssituation

Bei den heute bereits am Markt erhältlichen bzw. beforschten Absorptionswärmepumpen handelt es sich um s.g. Brennwertgeräte. Dabei wird das Abgas gezielt unter dessen Taupunkt abgekühlt, um so die im Wasserdampf des Abgases enthaltene Wärme (teilweise) nutzen zu können. Heute eingesetzte Abgaskondensatoren werden i.d.R. durch den Heizungsrücklauf gekühlt. Dies bedingt aber, dass die Rücklauftemperatur (unter Berücksichtigung von Grädigkeiten wesentlich) kühler als der Taupunkt sein muss, um Wasserdampf aus dem Abgas zu kondensieren. Je tiefer das Abgas abgekühlt werden kann, desto höher fallen die Kondensationsgewinne aus. Vor allem im Bereich des Nachrüstmarktes (Retro-Fit Anwendungen) ist das Temperaturniveau des Heizungsrücklaufes jedoch meist höher als der Taupunkt des Abgases, weshalb keine Kondensation stattfinden kann und damit die latente Abgaswärme ungenutzt in die Umgebung emittiert wird.

Durch die Kühlung des Abgaskondensators mit dem aus dem Verdampfer kommenden Kältemittels anstelle mit Heizungswasser kann stets eine vollständige Kondensation des Wasserdampfs im Abgas unabhängig von der Rücklauftemperatur erfolgen, da das Temperaturniveau des Kältemittels meist unter 0°C liegt. Dabei wird die Abgaskondensationswärme vom Kältemittel aufgenommen und im Absorber bzw. Kondensator ans Heizungswasser abgegeben. Damit wird das Temperaturniveau der Abgaskondensationswärme innerhalb des Absorptionskreislaufes auf ein für das Heizungssystem nutzbares Temperaturniveau angehoben.

Vor allem bei hohen Rücklauftemperaturen kommt es zu einer enstprechenden Steigerung der Effizienz. Das Projekt soll schließlich zu einer technologischen Verbesserung und damit zu einer größeren Verbreitung von Absorptionswärmepumpen beitragen.