Vergleich verschiedener Simulationswerkzeuge am Beispiel einer füllmengenreduzierten Wärmepumpe mit dem Kältemittel Propan

Mit Simulationen kann das Verhalten von Kältekreisen vorhergesagt werden, die dann nicht im Labor aufgebaut und vermessen werden müssen. So können Zeit und Kosten eingespart werden. Die Simulationssoftwares Modelica mit der TIL-Suite und IMST-ART ermöglichen es, die Komponenten einer Kompressionswärmepumpe und den gesamten Kältekreis zu modellieren und zu analysieren. In diesem Paper werden die Eignung, Vorteile sowie Verbesserungspotentiale beider Tools zur Bewertung von Wärmepumpen mit dem Schwerpunkt der Analyse der Vorhersagegenauigkeit unterschiedlicher Kältemittel-Füllmengen analysiert. Die experimentellen Ergebnisse eines Baumusters einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit dem Kältemittel R290 (Propan) bei unterschiedlichen Betriebspunkten werden mit den Ergebnissen der Simulationsmodelle aus Modelica und IMST-ART verglichen und gegenübergestellt. Für IMST-ART werden die vorgegebenen Komponenten parametrisiert, für das Modelica-Modell werden die Standardkomponenten Verdichter, Wärmeübertrager, Expansionsventil und Rohre aus der TIL-Suite verwendet. Die Verdichtereffizienzen werden mit einem selbst erstellten Modell abgebildet, das die Effizienzen anhand der AHRI-Koeffizienten berechnet. Zudem wird im Modelica-Modell die Absorption des Kältemittels im Öl des Verdichters betrachtet. Neben der Systemeffizienz und der Füllmenge werden die Aufnahmeleistung und die Austrittstemperatur des Verdichters, die Sättigungstemperaturen in den Wärmeübertragern und Druckverluste in den Komponenten miteinander verglichen.