Laufzeit: 01.10.2017 - 30.06.2023

Projektträger: Projektträger Jülich, PtJ

Projektpartner: Scherdel Energietechnik GmbH

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Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Systems zur Brennwertnutzung an Biomassekesseln. Um eine weitgehende Unabhängigkeit vom Temperaturniveau der Wärmelieferung – beispielsweise über ein Nahwärmenetz – zu erzielen, wird eine Absorptionswärmepumpe eingesetzt, die die durch Rauchgaskondensation gewonnene Niedertemperaturwärme auf das Temperaturniveau des Wärmenetzes anhebt.

Die Entwicklung zielt auf Biomasse-Heizsysteme mit mittleren (etwa 75 kW) bis großen Wärmeleistungen (einige Hundert kW). Das Rauchgas des Biomassekessels soll auf etwa 20°C ausgekühlt werden, so dass je nach Wassergehalt des Biomasse-Brennstoffs eine Wirkungsgradsteigerung um bis zu 30% erreicht wird. Damit ergibt sich eine Brennstoffeinsparung von etwa 25% gegenüber dem herkömmlichen Betrieb von Biomassekesseln mit Abgastemperaturen um 180°C und Wirkungsgraden um 85%.

Das Konzept beruht auf dem Einsatz einer Absorptionswärmepumpe (AWP), die an den Biomassekessel angekoppelt wird. Der Wärmegewinn aus der Abkühlung und Kondensation des Abgases des Biomassekessels wird auf niedrigem Temperaturniveau um 20°C an den Verdampfer V der Wärmepumpe übertragen. Für den Antrieb des Wärmepumpenkreislaufs am Austreiber (Generator G) wird Antriebswärme auf einem Temperaturniveau um 90°C benötigt, die aus dem Biomassekessel bezogen wird. Dafür wird innerhalb des Vorhabens die Wärmeauskopplung aus dem Kesselkörper modifiziert. Der Kreisprozess der thermischen Wärmepumpe sorgt für die Anhebung des Temperaturniveaus, so dass die aus dem Abgas aufgenommene Wärme zusammen mit der Antriebswärme über den Kondensator K und Absorber A der Absorptionswärmepumpe an den Nutzwärmekreislauf bei etwa 50°C abgegeben werden kann. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine mögliche Ausführung des Gesamtsystems.

Das Vorhaben beinhaltet die folgenden Bearbeitungsschritte:

• Wärmetechnisches Konzept, Auslegung des Wärmepumpenkreislaufs
• Modifikation des Biomassekessels für die Ankopplung der Sorptionswärmepumpe: Wärmeauskopplung aus dem Biomassekessel
• Auslegung des Brennwert-Wärmetauschers
• Entwicklung von kreislauftechnischen Details der Sorptionswärmepumpe: z.B. Naturumlaufaustreiber, unterstützt durch Laborversuche
• Betriebskonzept für minimalen Regelungsaufwand
• Konzeption der Sorptionswärmepumpe für geringe Herstellkosten und robusten Betrieb
• Auslegung und Konstruktion der Sorptionswärmepumpe
• Errichtung und Betrieb einer Demonstrationsanlage

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