HoVAG

Für die Erreichung der Klimaziele zur Bekämpfung des Klimawandels ist die Transformation der Industrie zu einer klimaneutralen Wirtschaftsweise nötig. Eine Aufgabe dabei ist die klimaneutrale Wärmebereitstellung für industrielle Prozesse und Fernwärmenetze. Dazu eignen sich (Hochtemperatur-)Wärmepumpen großer Leistung, auch als Großwärmepumpen mit Heizleistungen ab 0,5 MW_th bekannt.

Die meisten der bisher verwendeten Kältemittel werden aufgrund der Regulatorik in Zukunft nicht mehr zulässig sein. Klimaschädliche Kältemittel wie R245-fa oder R134a werden durch die F-Gase-Verordnung schrittweise verdrängt. Auch für die neueren als Ersatzkältemittel verwendeten HFOs besteht große Unsicherheit. Die EU plant im Rahmen des PFAS-Verbots ein Verbot dieser Stoffe. Als definitiv zukunftssicher werden nur „natürliche Kältemittel“ wie Ammoniak, Wasser, CO2 und Kohlenwasserstoffe angesehen. Für den Temperatur- und Leistungsbereich industrieller Prozesse und Wärmenetze sind insbesondere Ammoniak und Ammoniak/Wasser-Mischungen als Kältemittel interessant.

Großwärmepumpen verwenden in der Regel Rohrbündelwärmeübertrager als Verdampfer. Nach dem Verdichter haben die Wärmeübertrager den größten Anteil an den Investitionskosten von Großwärmepumpen und machen zwischen 35% und 50% der Gesamtkosten aus. Die Verwendung von glatten Rohren entspricht dabei bei Ammoniakkälteanlagen und -wärmepumpen dem Stand der Technik. Für andere Kältemittel kommen in Rohrbündeln für die Verdampfung optimierte Hochleistungsrohre zum Einsatz, die die Leistung pro Rohr vervielfachen können. Aufgrund der Stoffeigenschaften von Ammoniak sowie den notwendigen korrosionsbeständigen Rohrmaterialien stehen diese Hochleistungsrohre dort aktuell nicht zur Verfügung. Im Projekt HoVAG sollen nun neuartige Hochleistungsrohre für die Sprühverdampfung des Kältemittels Ammoniak entwickelt und in Rohrbündeln erprobt werden. Dadurch soll die Effizienz der Rohrbündelwärmeübertrager gesteigert, die Investitionskosten reduziert und eine 50%ige Reduzierung der Füllmenge im Vergleich zu bisherigen Rohrbündelwärmeübertragern erreicht werden.

IGTE:

Teilvorhaben: Untersuchung von Rohrbündeln aus Hochleistungsrohren

Wieland-Werke AG:

Teilvorhaben: Entwicklung von Wärmeübertragern mit Hochleistungsrohren für Ammoniak

• Definition der Anwendungsbedingungen (Wärmequellentemperaturen, Siededrücke, Druckverluste) und Case Study
• Konzeption, Aufbau und Inbetriebnahme eines Rohrbündelprüfstands
• Experimentelle Untersuchung von Rohrbündeln aus Hochleistungsrohren
• Experimentelle Untersuchung von verschiedenen Sprayvorrichtungen
• Entwicklung von Auslegungsrichtlinien für den Aufbau des Rohrbündels

Oktober 2024 – März 2028

Das Projekt HoVAG wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages durch den Projektträger Jülich (PTJ) unter dem Förderkennzeichen 03EN4095A gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung und übernehmen die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung.