Kältemittel CO2

► CO₂ als Kältemittel R-744

Kohlendioxid (CO₂), als ein natürliches Kältemittel, ist aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit, Umweltfreundlichkeit und Sicherheit gut geeignet für viele Kälte- und Wärmepumpenanwendungen, die einen großen Temperaturbereich abdecken. CO₂-Kälteanlagen weisen jedoch im Vergleich zu Anlagen mit konventionellen Kältemitteln in der Regel eine geringere Energieeffizienz auf. Die Professur beschäftigt sich daher mit den effizienzsteigernden Maßnahmen für die CO₂-Systeme.  Für Temperaturen bis zu -50°C wird der Einsatz von R744 in der Umweltsimulation erforscht. Im Bereich der Tieftemperaturanwendung unterhalb von -50°C fokussiert sich die Professur auf die Sublimation von Trockeneis.

• Thema: Effizienzsteigernde Maßnahmen an CO₂-Kälteanlagen

Im Bereich der Gewerbekälte finden transkritisch arbeitende R-744-Kälteanlagen immer stärkere Verbreitung. Aufgrund der niedrigen kritischen Temperatur von etwa 31°C laufen diese im Sommer häufig im transkritischen Betrieb, wobei die Energieeffizienz deutlich sinkt. Andererseits ergeben sich dabei Potentiale zur Effizienzsteigerung, wie beispielsweise Nutzung von Expansionsarbeit durch Expansionsmaschinen oder Ejektoren sowie weitere Maßnahmen zur effizienten Gestaltung des Kreislaufs. Diese Maßnahmen werden in einem Forschungsprojekt theoretisch und messtechnisch an einer Versuchsanlage untersucht und miteinander verglichen.

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• Thema: CO₂ für Tieftemperaturanwendungen unterhalb -50°C (Sublimation)

Der Tripelpunkt von CO₂ (liegt bei ca. - 56 °C und 0,52 MPa) wird üblicherweise als die untere Grenze für seinen Einsatz in einem Kaltdampfprozess angesehen. Bei Unterschreitung des Tripeldrucks und der Tripeltemperatur entsteht, physikalisch bedingt, festes CO₂, das zu möglichen Blockierungen in Rohrleitungen und Komponenten führen könnte. In Rahmen eines öffentlich geförderten Projektes werden aktuell umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen zu Komponenten und anlagetechnische Optimierungen durchgeführt, um den Einsatz des CO₂ in einem Kaltdampfkreislauf unterhalb des Tripelpunkts bzw. den Sublimationskreislauf zu realisieren.

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• Thema: CO₂ Kälteanlage für die Luftkonditionierung in Umweltsimulationskammern bis -50°C

In der Klimasimulation werden technische Bauteile zur Überprüfung von Qualität und Beständigkeit künstlich erzeugten Umgebungsbedingungen in Klimaprüfkammern ausgesetzt. Ein besonders wichtiges Qualitätsmerkmal ist die Temperatur- und Temperaturwechsel-beständigkeit. In der Automobilindustrie sind Prüftemperaturen von -40 °C bis 180 °C üblich. Im Rahmen der Temperaturwechselbeanspruchung werden Temperaturwechselzyklen über den kompletten Temperaturbereich mit einer durchschnittlichen Temperaturänderungs-geschwindigkeit von 3 K/min bis 5 K/min verlangt. Neue Entwicklungen streben höherer Leistungen von bis zu 15 K/min an.

Das Funktionsspektrum der Umweltsimulation umfasst neben der Temperierung der Prozessluft optional die aktive Feuchteregelung der Prozessluft mit einem integrierten Prozess. In diesem Forschungs- und Entwicklungsbereich gilt es die instationäre thermische Last zu verstehen um darauf aufbauend neuartige Konzepte für den gesamten Betriebsbereich der Prüfkammer zu entwickeln. Simulationsgestütze Methoden unterstützen die transiente Abbildung der thermischen Last und die Konzeption von Leistungsregelung. Zudem kann auf veränderliche Parameter wie Luftvolumenstrom oder Prüfraumvolumen reagiert werden.

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