ISBN 9783843942652

978-3-8439-4265-2, Reihe Thermodynamik

Thore Oltersdorf
Auslegung und experimentelle Untersuchung eines 3-Fluid-Wärmeübertragers für Mehrquellen-Wärmepumpensysteme

359 Seiten, Dissertation Technische Universität Hamburg (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wird ein 3-Fluid-Wärmeübertrager für die Nutzung in Wärmepumpen untersucht. Das Ziel besteht darin, notwendige Auslegungsmethoden zu identifizieren, soweit möglich zu validieren und gegebenenfalls anzupassen, um einen Verdampfer für eine effiziente sowie füllmengenreduzierte Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer weiteren Wärmequelle aufzubauen.

Die Kältemittelseite erhält durch einen hydraulischen Abgleich eine optimale Fluidverteilung sowie die Sicherstellung effektiver Verdampfungsvorgänge durch geringe Druckverluste in der diabaten Zone. Es wird für eine Minimierung der Füllmenge eine Maximierung der Rohrregister gewählt, wodurch die Auslegung der Kältemittelverteilung für eine effektive Verdampfung hohe Relevanz besitzt. Darüber hinaus werden Druckverlustmodelle identifiziert und auf ihre Eignung hin untersucht, so dass das Strömungsverhalten im Wärmeübertrager bewertet werden kann.

Für die hydraulische Seite erfolgt eine Untersuchung zur Verbesserung der Wärmeübertragung im einfachen, glatten Rohr als Referenz sowie in dem mit Drahtgewebe als Turbulator ausgestatteten Rohr. Es konnte keine Verbesserung der Wärmeübertragung im laminaren Bereich festgestellt werden.

Die Arbeit wird abgeschlossen mit einer Untersuchung zur Abtauung. Es wird eine Effizienzanalyse zur Bewertung der Einsparmöglichkeiten für elektrische Energie durchgeführt sowie zwei energiesparende Abtaumethoden getestet. Dies sind die Naturumlaufabtauung sowie die Abtauung mit dem neuen Wärmeübertrager. Es wird eine kombinierte, vollkommen autonome Betriebsführung zur Abtauung einer Anlage vorgeschlagen, die keine weiteren Hilfseinrichtungen zur Abtauung benötigt. Anhand der durchgeführten Untersuchungen ist eine anfängliche Bewertung dieser Abtaustrategie möglich.