Herkömmliche Kompressionswärmepumpen werden in der Industrie bisher nur wenig angewendet, da die thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsmittels den Einsatz in industriellen Prozessen stark einschränken. Eine neue Entwicklung sind Rotationswärmepumpen des österreichischen Unternehmens ecop Technologies GmbH. Diese arbeiten mit einer innovativen Technologie und wurden speziell für die industrielle Anwendung konzipiert. Sie können im Gegensatz zu Kompressionswärmepumpen flexible Prozesse und Temperaturbereiche in einer Bandbreite von minus 20 °C bis plus 150 °C abdecken und verwenden ein umweltfreundliches, nicht brennbares Arbeitsgas. Die Technologie wurde bereits an Prototypen und im Betrieb einer Referenzanlage erfolgreich demonstriert. Die Steuerung der Rotationswärmepumpe konnte bisher allerdings nur manuell ausgeführt werden.

Funktionale Regelung von Rotationswärmepumpen

Da sich die Rotationswärmepumpe in ihrem Aufbau und der Wirkungsweise grundsätzlich von konventionellen Wärmepumpen unterscheidet, können deren Regelsysteme und -strategien nicht übertragen werden. Im Rahmen des Projekts ROHAN entwickelt das Unternehmen in Kooperation mit dem AIT Austrian Institute of Technology¹ ein Konzept zur funktionalen Regelung von Rotationswärmepumpen, das in der Folge umgesetzt und im praktischen Betrieb erprobt werden soll. Im ersten Schritt müssen die physikalischen Zusammenhänge der thermodynamischen Abläufe von Komponenten der Rotationswärmepumpe aufgearbeitet und analysiert werden. Auf Basis dieser Zusammenhänge wird in einer dynamischen Simulationsumgebung ein digitaler Zwilling der Anlage generiert. Dieser bietet die Grundlage für die Erstellung und Auslegung einer funktionalen Regelung der Rotationswärmepumpe. Das entwickelte Regelkonzept wird auf der Regler-Hardware getestet (Controller-in-the-Loop) und abschließend im Rahmen des Proof-of-Concept an einer realen Anlage demonstriert.
 
Die ecop Technologie GmbH bringt ihr Know-how insbesondere in den Bereichen Prozess, Simulation der Komponenten sowie für die Implementierung des Reglers auf der Maschinensteuerung ein. Das AIT (Austrian Institute of Technology GmbH) verfügt über umfassendes Wissen im Bereich Kompressionswärmepumpen sowie in der Erstellung von komplexen Reglern mittels dynamischer Simulationsumgebungen.

„Das Projekt ROHAN leistet für die Markteinführung der Rotationswärmepumpe einen entscheidenden Beitrag. Mithilfe eines digitalen Zwillings können wir die Regelungstechnik unserer neuartigen Rotationswärmepumpe intensiv erforschen. Mit dem AIT haben wir den idealen Projektpartner für diese Umsetzung gefunden. Durch die Hochtemperaturfähigkeit unserer Anlagen werden wir für die Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung in der Industrie eine Schlüsseltechnologie zur Verfügung stellen können.“

Ing. Bernhard Adler
CEO ecop Technologies GmbH

Erste Ergebnisse

Einige Modelle von einzelnen Komponenten konnten bereits erstellt und mittels Computational Fluid Dynamic (CFD) simuliert werden. Diese Modelle wurden in ersten Tests in eine dynamische Simulationsumgebung eingebunden und werden nun in der Anwendung untersucht. Die bisherigen Ergebnisse zeigen bereits grundsätzliche Zusammenhänge zwischen einzelnen Komponenten. Indem weitere Modelle ergänzt und in der dynamischen Simulationsumgebung miteinander verbunden werden, will das Projektteam neue Erkenntnisse zur regelungstechnischen Optimierung gewinnen.
 
energieforschung.at/projekt/regelungstechnische-gesamtoptimierung-einer-rotationswaermepumpe-mittels-digitaltwins-rotation-heat-digital-twin/
 
¹ Projektpartner: ecop Technologie GmbH (Projektleitung), AIT Austrian Institute of Technology GmbH