Peltier Heat Pump

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 kW_thermisch), 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 kW_thermisch) 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 kW_thermisch 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.