Peltier Heat Pump – Wärmepumpe ohne klimarelevante Kältemittel

Am Markt erhältliche Peltier Module inkl. Thermografie-aufnahmen

Durch die immer besser werdende Bauphysik in Neubau aber auch Sanierung reduziert sich der spezifische Heizwärmebedarf für Gebäude. Dadurch erhöht sich der prozentuelle Anteil an Endenergie für die Warmwasserbereitung. Jedoch sind geringe Leistungen für den dezentralen Einsatz z.B. in der Warmwasserbereitung nur in seltenen Fällen verfügbar. In der Regel werden daher Anlagensysteme mit größeren Leistungen und mit kurzen Laufzeiten und geringer Auslastung betrieben. Es fehlen daher gebäudetechnische Anlagen zum Heizen und Kühlen für kleine Leistungsbereiche (<2 kWthermisch), welche keine bewegten Teile haben und somit wartungsarm sind, keine Schallemissionen aufweisen und daher auch dezentral und welche insbesondere keine klimarelevanten Kältemittel im Prozess benötigen.

Ziele und Methodik:

Ziel ist es eine gebäudetechnische Anlage zum Heizen und Kühlen im kleinen Leistungsbereich
(<2 kWthermisch) zu erforschen, die sich durch lange Laufzeit und geringe elektrische Leistungsaufnahme auszeichnet, welche geräuscharm, wartungsarm, umweltverträglich (insbesondere ohne klimarelevante Kältemittel) und mit PV-Charakteristik ohne DC/AC-Umwandlungsverluste einsetzbar ist. Diese gebäudetechnische Anlage soll basierend auf Peltier-Elementen funktionieren und für Heiz- und Kühlanwendungen und im Speziellen für die dezentrale Warmwasserbereitung einsetzbar sein.

Folgende Methoden zur Zielerreichung werden gewählt:

  • Berechnung der Wärmeübertragung zwischen thermoelektrischem Element und Wärmetauscher und zwischen der externen thermoelektrischen Wärmepumpen/ Wärmetauscher-Einheit und Fluid durch erzwungene Konvektion auf Basis von
    Messungen
  • Labor-Experiment,
    • um verschiedene externe thermoelektrische Wärmepumpen/
      Wärmetauscher-Einheiten für gebäudetechnische Applikationen
      testen zu können und 
    • um Berechnungsmodell validieren zu können
  • Hardware-in-the-Loop Simulation im bestehenden Wärmepumpenteststand unter Aufprägung realitätsnaher Lasten und Simulation von PV-Varianten

Ergebnisse und Erkenntnisse:

Am Ende des Projektes steht als Ergebnis eine erforschte externe thermoelektrische Wärmepumpen/Wärmetauscher-Einheit, in welche thermoelektrische Elemente (Peltier-Elemente) mit einer Heizleistung <2 kWthermisch bezüglich Wärmübergang optimal integriert werden können und für Warmwasserbereitung oder aber auch zur Unterstützung für Heiz- und Kühlzwecke (etwa zur Herstellung von thermischer Behaglichkeit) verwendet werden können. Aufgrund der Aufprägung realitätsnaher Lasten und der kombinierten Gebäude- und Anlagensimulation ergeben sich Einsatzmöglichkeiten in der gebäudetechnischen Anwendung.

Berechnung thermoelektrischer Module (li), numerische Validierung des Teststandes (re)

Fördergeber, Forschungs- und Kooperationspartner

Fördergeber

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2014 durchgeführt.

Forschungspartner

Mit freundlicher Unterstützung der Fa. WILO Pumpen Österreich.

Projektmitarbeiter und Projektleiter

Projektleiter

  • Werner Stutterecker
    DI(FH) DI Werner Stutterecker
    Studiengangsleitung
    Energie-Umweltmanagement
    Campus Pinkafeld

    Forschungsschwerpunkte: Gebäudetechnik mit Fokus Wärmepumpen- & Kältetechnik

    Angewandte wissenschaftl. Methoden: Experimentelle Untersuchungen, Feldmessungen, Gebäude- & Anlagensimulation, Hardware-in-the-Loop Simulation

Projektmitarbeiter

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