Kalte Nahwärmesysteme dienen der Deckung von Wärme- und Kältebedarfen von Verbrauchern und bestehen aus unterschiedlichen Wärmequellen, thermischen Energiespeichern (z.B Eisspeicher), Wärmepumpen und einem kalten Nahwärmenetz zur Verteilung. Eine zentrale Wärmepumpe ist erforderlich, um die Wärme aus dem Speicher zu entnehmen und auf die Netztemperatur zu bringen. Diese Studie untersucht den Einsatz unter-schiedlicher Kältemittel und Kreislaufarchitekturen einer zentralen Wärmepumpe zum Einsatz in kalten Nah-wärmenetzen.
Die zentrale Wärmepumpe zeichnet sich in diesen Systemen durch einen Nutztemperaturbereich von ca. +10°C bis +15°C (Kondensatorseite, Heizbetrieb) und +6°C bis +10°C (Verdampferseite, Kühlbetrieb) aus. Dieser Temperaturbereich wird von den derzeitigen Wärmepumpentechnologien nur unzureichend abgedeckt, da die vorhandenen Komponenten in der Regel einen Mindestdruckunterschied zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer erfordern, um einen sicheren und stabilen Betrieb zu gewährleisten.
In dieser Studie wurden verschiedene natürliche Kältemittel in geeigneten Kreislaufkonfigurationen verglichen. Dazu wurden energetische und exergetische Berechnungen durchgeführt, um die Hauptverlustquellen inner-halb des Systems zu identifizieren. Damit konnte eine effiziente Anlagenschaltung für die zentrale Wärmepumpe ermittelt werden.
Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Optimierung von Kältemittelkreisläufen mit natürlichen kältemitteln, die auf die spezifischen Temperaturanforderungen von kalten Nahwärmenetzen zugeschnitten sind. Durch die Identifizierung und Verringerung der wichtigsten Exergieverlustquellen soll diese Forschung zur Entwicklung nachhaltigerer und effizienterer Heizlösungen für städtische Umgebungen beitragen.