ROHAN Regelungstechnische Gesamtoptimierung einer Rotationswärmepumpe mittels DigitalTwins – RotatiOn Heat digitAl twiN

ROHAN zielt darauf ab, eine funktionale Regelung einer Rotationswärmepumpe zu entwickeln und umzusetzen. Diese Regelung erfordert das Aufarbeiten von physikalischen Zusammenhängen der thermodynamischen Abläufe von Komponenten der Rotationswärmepumpe. Die letztendliche
Reglerauslegung erfolgt in einer dynamischen Simulationsumgebung auf der Basis eines DigitalTwins. Das entwickelte Regelkonzept wird auf der Reglerhardware getestet (Controller in the Loop) um letztendlich den Proof of Concept an der realen Anlage zu demonstrieren.

Ausgangssituation

Kompressionswärmepumpen sind in gewissen Bereichen bereits sehr gut etabliert, jedoch finden sie in der Industrie noch eher selten Anwendung. Ein wesentlicher Grund dafür ist das in Kompressionswärmepumpen das Arbeitsmittel auf Grund der thermodynamischen Eigenschaften den Einsatz stark einschränkt. Hier bieten Rotationswärmepumpen (engl. RHP) von ecop den Vorteil eines in Bezug auf die Temperatur flexiblen Prozess mit umweltfreundlichen, nicht brennbaren Arbeitsgas. Die Anwendung hat sich bereits im Betrieb einer Referenzanlage und Prototypen als erfolgreich gezeigt, jedoch konnte die Steuerung bisher nur manuell ausgeführt werden. In Bezug auf die Regelung stehen für Kompressionswärmepumpe zahlreiche Publikationen und theoretische Grundlagen sowie kommerzielle Regler zur Verfügung. Diese können über “Default Einstellungen” für z.B. das
Expansionsventil bereits vorab ein gut abgestimmtes System liefern. Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale einer Rotationswärmepumpe zu konventioneller Wärmepumpe in Bezug auf Grundprinzip, Aufbau und Wirkungsweise erfordern den Aufbau von Grundlagenwissen und die detaillierte Analyse von einzelnen Komponenten. Regelsysteme und Strategien für kommerzielle
Wärmepumpen können nicht übertragen werden, da sowohl zusätzliche Regelparameter vorhanden sind als auch weitere nicht vergleichbare komplexe Zusammenhänge eingebracht werden müssen.