QUEEN-HP – MEGA: Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen

Wärmepumpen spielen eine entscheidende Rolle bei der zukünftigen klimaneutralen Beheizung und Klimatisierung von Gebäuden. Im Jahr 2021 wurden in der Hälfte aller Neubauten Wärmepumpen eingesetzt. Deutschland verzeichnete im selben Jahr den Betrieb von 1,2 Millionen Wärmepumpen. Die Mehrheit dieser Wärmepumpen (70%) nutzt die Luft als Quelle. Mit dem weiteren starken Anstieg ihrer Anzahl stellt sich eine zunehmende Herausforderung: die Reduzierung der Geräuschentwicklung von Wärmepumpen auf ein Minimum. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, hat sich ein Projektverbund aus Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten zusammengeschlossen, um die Geräuschentwicklung von Luft/Wasser-Wärmepumpen zu minimieren.

Im Technologieprojekt ››Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen‹‹ werden Mikrokanal-Verdampfer verschiedener Bauarten auf ihre Performance untersucht und bestimmte Bereiche des Wärmeübertragers optimiert.

Im Verdampfer einer Wärmepumpe wird Wärmeenergie aus der Umgebungsluft entnommen, indem diese - angetrieben durch einen Ventilator - durch den Verdampfer geströmt wird. Die Luftführung erzeugt durch Umlenkungen der Strömung an den Lamellen des Wärmeübertragers Geräusche, die auf ein Minimum reduziert werden sollen. Dabei nimmt Geräuschentwicklung zu, je größer die Luftgeschwindigkeit ist, sodass eine Verringerung der Luftgeschwindigkeit anzustreben ist.

Mikrokanal-Verdampfer, die in diesem Technologieprojekt im Fokus stehen, zeigten in bisherigen Untersuchungen gegenüber herkömmlichen Rundrohr-Lamellen-Verdampfern das Problem, dass sie eine schlechtere kältemittelseitige Verteilung auf die parallelen Stränge im Verdampfer haben sowie ein schnelleres Verblocken des Wärmeübertragers aufgrund der Eisbildung geschieht. Vorteilhaft an Mikrokanal-Verdampfern ist ein deutlich geringerer CO₂-Fußabdruck in der Produktion, eine bessere Recyclingbarkeit, eine geringere Kältemittelfüllmenge sowie sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften, dadurch eignen sehr gut für den Einsatz in Wärmepumpen.

In diesem Projekt soll die Problematik der schnellen Vereisung und des Abtauens mit Kondensatdrainage durch eine spezielle kältemittelseitige Strömungsführung, eines verbesserten Lamellendesigns und einer Oberflächenmodifikation reduziert werden. Die Fehlverteilung soll durch die Prüfung verschiedener Designs zur verbesserten Gleichverteilung reduziert werden. In Kombination kann erwartet werden, dass die Verblockung des Verdampfers aufgrund der Eisbildung abnimmt und die verfügbare Fläche für die Wärmeentnahme aus der Luft durch eine optimierte Gleichverteilung auf der Kältemittelseite verbessert wird. Eine verringerte erforderliche Luftmenge trägt zu einer verringerten Geräuschentwicklung bei.