Elastokalorik: Entwicklung hocheffizienter Wärmepumpen ohne schädliche Kältemittel zum Heizen und Kühlen

Ziel: Ziel des Projektes Elasto-Cool war die Entwicklung einer Wärmepumpe basierend auf elastokalorischen Materialien. Mit diesen Materialien besteht das Potential, Kältesysteme bzw. Wärmepumpen zu realisieren, die vollkommen ohne schädliche Fluide auskommen und gleichzeitig eine hohe Effizienz realisieren.
Hintergrund: Der elastokalorische Effekt basiert auf Materialien, die sich erwärmen, wenn sie einem mechanischen Spannungsfeld ausgesetzt werden und sich abkühlen, wenn das mechanische Spannungsfeld entfernt wird. Dieser Effekt ist in einem sehr hohen Maße reversibel. Zyklisch betrieben und durch Gleichrichtung des Wärmestroms lässt sich so eine Kältemaschine bzw. Wärmepumpe realisieren, die in der Belastungsphase Wärme an die Umgebung abgibt und in der Entlastungsphase Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Entscheidend für ein elastokalorisches System mit einer hohen Leistungsdichte und somit potentiell geringen Systemkosten ist ein guter Wärmeübertrag: Je effizienter und schneller der Wärmeübertrag von dem kalorischen Material zu Wärmesenke bzw. -quelle stattfindet, desto höher ist die Frequenz, mit der das System betrieben werden kann. In diesem Projekt sollte daher ein elastokalorisches Systemkonzept realisiert werden, bei dem der Wärmeübertrag zwischen elastokalorischem Material und Wärmequelle und -senke durch Verdampfen bzw. Kondensieren eines Fluids (Wasser) realisiert wird. Dies ermöglicht hohe Systemfrequenzen und damit geringe Systemkosten.
Ergebnisse: Im Rahmen von Elasto-Cool konnte der Proof-of-Concept für dieses neue Konzept zur Wärmeübertragung in elastokalorischen Systemen gezeigt werden.