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Demonstration einer Kaelteanlage mit 'Wasser als Kaeltemittel' zur Erzeugung von Kaltwasser und binaerem Eis ('Vakuumeis)

Untersuchungen mit chlorfreien Kaeltemitteln

Untersuchung des thermodynamischen und leistungsmaessigen Verhaltens neuer chlorfreier Kaeltemittel und Vergleich mit herkoemmlichen Kaeltemitteln in einer ein- und einer zweistufigen Kaeltemaschine und einer Waermepumpe. Die Ergebnisse sind zum Teil mehrfach veroeffentlicht.

Methodenentwicklung zur künstlichen Alterung von Propankältekreisen als Voraussetzung für Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Wärmepumpen

Aktuell wird die Wärmeversorgung deutscher Haushalte maßgeblich durch Öl- und Gasheizungen bewerkstelligt, was eine starke Abhängigkeit von fossilen Ressourcen bedeutet. Durch ihre Effizienz verhalten sich elektrische Wärmepumpen (WP) deutlich klimafreundlicher und können, wenn mit Strom aus regenerativen Energiequellen betrieben, maßgeblich zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung beitragen. Zusätzlich wird die Nutzung umweltfreundlicher Kältemittel wie z.B. Propan (R290) oder Butan (R600) zunehmend gesetzlich gefördert. Durch die hohe Entzündlichkeit dieser Kältemittel rückt eine dauerhafte, technische Dichtheit ins Zentrum aktueller WP-Entwicklungen. Im Rahmen eines Fraunhofer Plattformprojekts sollen in WP-Resilienz in enger Kooperation mit der Industrie (Hersteller für Haus-WP und Klimagerätehersteller für Schienenfahrzeuge) Methoden zur künstlichen/ beschleunigten Alterung, zielgerichteten Fehlstellenanalyse und Lebensdauerprognose von Propan-Kältekreisen entwickelt werden. Zudem soll eine vereinheitliche Datenbasis für die Risikobewertung von Kältekreisen im Hinblick auf Leckagen und damit verbunden ausströmendes Kältemittel geschaffen werden. Neben Leckagen sollen auch Risiken basierend auf Zündquellen und Unfälle in die Datenbank aufgenommen werden. Durch die zentralen Ergebnisse des Vorhabens soll der Industrie eine Methodik zur Verfügung gestellt werden, um das komplexe Zusammenspiel von Schwingungsanregungen durch den Kompressor, Eigenspannungen nach dem Herstellungsprozess sowie Temperatur- und Druckschwankungen und variierende Umwelteinflüsse (z.B. korrosive Atmosphären) wissenschaftlich und anwendungsnah zu bewerten, wodurch erstmals eine belastbare Lebensdauerabschätzung von hermetischen Kältekreisen möglich wird. Zusätzlich sollen detaillierte Untersuchungen von leckbehafteten Bauteilen eine übersichtliche Datengrundlage zur Durchführung von Risikobewertungen für Kältekreise ermöglichen, die zur Einhaltung gesetzlicher Vorgaben ist.

Schallreduzierte effiziente elektrische Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln - Mikrokanal-Verdampfer mit geometrischen Adaptionen (TP 1A)

Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung und Klimatisierung der Zukunft. Die Absatzzahlen im Heizungsbereich stiegen in den letzten Jahren in Deutschland stark an, auf 154.000 installierte Geräte im Jahr 2021. Im Neubau wurde jede zweite Heizung mit der Wärmepumpentechnologie umgesetzt. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Wärmequelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund QUEEN-HP verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 1A 'Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen' befasst sich mit Geometrieänderungen an Microchannel Wärmeübertragern für deren Einsatz als Verdampfer mit Kältemittel R290 (Propan) für Luft-Wasser-Wärmepumpen im Heizleistungsbereich von 10kW. Die geometrischen Änderungen am Verteiler und den Lamellen zielen auf eine bessere Verteilung des Kältemittels und langsameres Vereisen des Verdampfers ab. Die Performance mehrerer iterativ optimierter Microchannel-Verdampfer wird experimentell bestimmt. Bei der Vermessung wird eine kombinierte Methode aus u.a. Infrarotaufnahmen, Makrodetailaufnahmen und Messungen des Dampfgehalts eingesetzt, um gezielt geometrische Anpassungen am Verdampfer vornehmen zu können.

Schallreduzierte effiziente elektrische Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln - Mikrokanal-Verdampfer mit geometrischen Adaptionen (TP 1A), Teilvorhaben: Design und Fertigung

Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung und Klimatisierung der Zukunft. Die Absatzzahlen im Heizungsbereich stiegen in den letzten Jahren in Deutschland stark an, auf 154.000 installierte Geräte im Jahr 2021. Im Neubau wurde jede zweite Heizung mit der Wärmepumpentechnologie umgesetzt. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Wärmequelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund QUEEN-HP verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 1A 'Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen' befasst sich mit Geometrieänderungen an Microchannel Wärmeübertragern für deren Einsatz als Verdampfer mit Kältemittel R290 (Propan) für Luft-Wasser-Wärmepumpen im Heizleistungsbereich von 10kW. Die geometrischen Änderungen am Verteiler und den Lamellen zielen auf eine bessere Verteilung des Kältemittels und langsameres Vereisen des Verdampfers ab. Die Performance mehrerer iterativ optimierter Microchannel-Verdampfer wird experimentell bestimmt. Bei der Vermessung wird eine kombinierte Methode aus u.a. Infrarotaufnahmen, Makrodetailaufnahmen und Messungen des Dampfgehalts eingesetzt, um gezielt geometrische Anpassungen am Verdampfer vornehmen zu können.

Schallreduzierte effiziente elektrische Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln - Mikrokanal-Verdampfer mit geometrischen Adaptionen (TP 1A), Teilvorhaben: Kältemittelverteilung und Vermessung

Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung und Klimatisierung der Zukunft. Die Absatzzahlen im Heizungsbereich stiegen in den letzten Jahren in Deutschland stark an, auf 154.000 installierte Geräte im Jahr 2021. Im Neubau wurde jede zweite Heizung mit der Wärmepumpentechnologie umgesetzt. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Wärmequelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund QUEEN-HP verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 1A 'Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen' befasst sich mit Geometrieänderungen an Microchannel Wärmeübertragern für deren Einsatz als Verdampfer mit Kältemittel R290 (Propan) für Luft-Wasser-Wärmepumpen im Heizleistungsbereich von 10kW. Die geometrischen Änderungen am Verteiler und den Lamellen zielen auf eine bessere Verteilung des Kältemittels und langsameres Vereisen des Verdampfers ab. Die Performance mehrerer iterativ optimierter Microchannel-Verdampfer wird experimentell bestimmt. Bei der Vermessung wird eine kombinierte Methode aus u.a. Infrarotaufnahmen, Makrodetailaufnahmen und Messungen des Dampfgehalts eingesetzt, um gezielt geometrische Anpassungen am Verdampfer vornehmen zu können.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben: Theoretische und experimentelle Untersuchung von Wasserdampf-Schraubenverdichtern

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben Aerzen: Entwicklung Wasserdampf-Schraubenverdichter

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben: Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

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