MCHX: Vermessung und Simulation bei Vereisung

Gelötete Aluminium Microchannel-Wärmeübertrager sind eine Alternative zu Rundrohr-Lamelle Wärmeübertragern, die durch günstigeren Preis, geringeren Materialeinsatz, geringere Kältemittelfüllmenge und bessere Recyclingfähigkeit Vorteile verspricht. Im Einsatz als Verdampfer für Wärmepumpen stehen diesen Vorteilen zwei Probleme gegenüber: Größere Fehlverteilung des Kältemittels auf die Stränge und schlechteres Vereisungs- und Kondensatablaufverhalten.
In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Vermessung von zwei Microchannel-Verdampfern für stationäre Wärmepumpen vorgestellt. Die Verdampfer wurden am Fraunhofer ISE auf einem Teststand für Kältekreiskomponenten mit dem Kältemittel R290 vermessen. Auf der Luftseite konnte über eine Luftstrecke die Temperatur und Feuchte, sowie der Volumenstrom variiert werden. Über schnell schließende Ventile und anschließende Absaugung des Kältemittels konnte die im Betrieb im Verdampfer befindliche Kältemittelmenge in verschiedenen Betriebspunkten ermittelt werden. Die beiden vermessenen Wärmeübertrager unterscheiden sich in ihrem Lamellenabstand und sind ansonsten baugleich.
Ausgehend von den Messdaten wird anhand einer Simulation dargestellt, welchen Effekt das unterschiedliche Vereisungsverhalten der Verdampfer auf die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe hätte. Dafür wird in einem Modell der Effekt des Eises auf den Wärmeübergang am Verdampfer abgebildet. Dadurch ergibt sich im Vereisten Zustand ein verringerter COP. Weiterhin wird die für die Abtauung benötigte Energiemenge modelliert. Mit diesem Modell wird für ein beispielhaftes Gebäude mit Wetterdaten eines Testreferenzjahres die Jahresarbeitszahl für verschiedene Szenarien ermittelt.