11.10.2023
Millionenförderung für Wärme- und Kältetechnik: DFG richtet neue Forschungsgruppe unter Federführung der TU Chemnitz ein
Wärmepumpen können u. a. Wohnräume sowohl heizen als auch kühlen und sind, wenn sie mit erneuerbaren Energien wie Photovoltaik betrieben werden, auch klimafreundlicher als beispielsweise Gasheizungen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels bieten Wärmepumpen somit technologische und ökologische Vorteile. Derzeit können Wärmepumpen hinsichtlich ihrer Energieeffizienz jedoch noch nicht vollständig optimiert werden. Dies liegt vor allem daran, dass das Verhalten der für den Betrieb üblichen Öl-Kältemittel-Gemische im Kompressor einer Wärmepumpe thermodynamisch noch nicht genau verstanden ist.
Die Wissenschaftler der neuen und mit rund vier Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsgruppe 5595 „Öl-Kältemittel-Mehrphasenströmungen in Spalten mit bewegten Berandungen – Neuartige mikroskopische und makroskopische Ansätze für Experiment, Modellierung und Simulation“ (kurz: „Archimedes“) wollen das nun ändern. Das Ergebnis soll u. a. ein neues Berechnungsmodell zur Auslegung von Kompressoren sein, wodurch sich schließlich die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kältemaschinen steigern lässt. Sprecher der neuen DFG-Forschungsgruppe ist Prof. Dr. Markus Richter, Inhaber der Professur Technische Thermodynamik an der Technischen Universität Chemnitz (TUC), auf die rund 1,1 Millionen Euro von der Gesamtförderung entfällt.
„Ich freue mich sehr über die Einrichtung der DFG-Forschungsgruppe ‚Archimedes‘ unter Federführung der TU Chemnitz – und damit der zweiten Forschungsgruppe an der Fakultät für Maschinenbau. Ich gratuliere Herrn Kollegen Richter sowie allen weiteren Beteiligten sehr herzlich zu diesem großartigen Erfolg für die Fakultät für Maschinenbau und unsere gesamte Universität. Ebenso herzlich möchte ich mich bei allen Mitwirkenden für ihr hervorragendes Engagement bedanken. Zweifelsohne wird die Forschungsgruppe zur Stärkung des Profils unserer Universität sowie deren Strahlkraft nach außen erheblich beitragen“, so der Rektor der TUC, Prof. Dr. Gerd Strohmeier.
„Das Verhalten einer Mischung von Schmieröl und Kältemittel – wie z. B. die natürlichen Kältemittel Propan oder CO2 – im Kompressor einer Wärmepumpe oder Kältemaschine genau zu verstehen, stellt die Thermo- und Fluiddynamik vor eine besondere Herausforderung. Faktoren wie Druck und Temperatur verändern das thermophysikalische Verhalten und damit das Strömungsverhalten, was letztlich einen Einfluss auf die Wärme- bzw. Kälteleistung hat. Für Öl-Kältemittel-Gemische werden wir in diesem Grundlagenforschungsprojekt erstmals die thermophysikalischen Eigenschaften genau bestimmen und darauf aufbauend einfach anwendbare Zustandsgleichungen sowie Modelle für die Viskosität und Wärmeleitfähigkeit entwickeln. Das ist ein wichtiger Baustein, um Wärmepumpen zu optimieren“, erklärt Prof. Markus Richter.
„Um ein vergleichsweise einfaches Berechnungsmodell für das Strömungsverhalten von Öl-Kältemittel-Gemischen in Spalten von Kompressoren zu entwickeln, benötigen wir genaue Informationen darüber, wie sich diese Fluidgemische thermodynamisch verhalten. Die eigentliche Spaltströmung wird dann an einem generischen Versuch einer rotierenden Kontur in einem zylindrischen Glasgehäuse untersucht. Dabei charakterisieren wir das Strömungsverhalten auf makroskopischer Ebene mit laseroptischen Methoden und auf mikroskopischer Ebene mit hochauflösenden numerischen Simulationen“, ergänzt Ko-Sprecher Prof. Dr. Andreas Brümmer, Leiter des Fachgebietes Fluidtechnik an der TU Dortmund.
Die Forschungsarbeiten sollen im ersten Quartal 2024 beginnen. Neben der TUC und der TU Dortmund sind die TU Dresden, die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, das Karlsruher Institut für Technologie, die Ruhr-Universität Bochum und die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen an der Forschungsgruppe „Archimedes“ beteiligt.