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16.09.2019

Entwicklung von energiesparender Wärmepumpe mit Siemens PLM Software

Mit Simcenter Star-CCM+ können besonders viele Komponenten in die Simulation eingebunden und multidisziplinäre Simulationen in einer einzigen Benutzeroberfläche realisiert werden. (Bild: Siemens AG)

Die Firma ThermoLift mit Hauptsitz im Advanced Energy Center der State University von New York (SUNY) hat das sogenannte ThermoLift-System entwickelt. Das erdgasbetriebene Gerät vereint Klimaanlage und Wärmepumpe in sich. Für die Entwicklung und eine automatisierte Designoptimierung sowie für die Simulation des Designprozesses setzt ThermoLift auf Lösungen von Siemens PLM Software.

Mit der Siemens-Software können besonders viele Komponenten in die Simulation eingebunden und multidisziplinäre Simulationen in einer einzigen Benutzeroberfläche realisiert werden. Durch das optimale Design lassen sich die Energiekosten für Gebäudeheizungs-, Kühlungs- und Warmwassersysteme im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit Thermo-Lift um 30 bis 50 Prozent senken.

In den USA halten die meisten Menschen ihre Häuser und Wohnungen mit Öfen oder Boilern warm. Nur ein kleiner Teil nutzt oft mit Strom betriebene Wärmepumpen, die die Gebäude mit Umgebungswärme heizen. Hier setzen die Gründer der Firma Thermo-Lift, Dr. Peter Hofbauer und Paul Schwartz, an. Ihr ThermoLift-System für eine moderne Heizungs-, Lüftungsund Klimatechnik (Heating, Ventilation, Air Condition/HVAC) ähnelt einer herkömmlichen Vuilleumier-Wärmepumpe, verwendet jedoch einen speziellen Temperatur-Zyklus (den TC-Cycle). Um den simulationsgesteuerten Designprozess zu verbessern, arbeitet ThermoLift seit einigen Jahren mit Simulationssoftware Simcenter aus dem Portfolio von Siemens PLM Software.

Selbst komplexe Physik präzise simuliert
Eine herkömmliche Vuilleumier-Wärmepumpe bewegt innerhalb eines geschlossenen Systems ein Gas wie beispielsweise Helium zwischen drei Kammern. Zwei sogenannte Verdränger gleiten innerhalb eines Zylinders hin und her. Durch Expansion beziehungsweise Komprimierung des Gases entsteht durch den thermodynamischen Kreislauf Kälte oder Wärme. Das ThermoLift-Gerät unterscheidet sich nun insofern von einer Vuilleumier-Wärmepumpe, als dass die Verdränger unabhängig von der Mechatronik reguliert werden, um die Verdrängerbewegung und damit den thermodynamischen Zyklus besser zu steuern. Das gesamte ThermoLift-System besteht aus mehreren Modulen wie Wärmetauscher, Regeneratoren und Verdrängern, die während des Designprozesses erstellt werden. Für die Simulation und zur Modellierung der komplexen Physik setzt Thermo-Lift auf Simcenter Star-CCM+. Die Software ist eine umfassende Lösung, die eine multidisziplinäre Simulation in einer einzigen Benutzeroberfläche ermöglicht. Außerdem können mit Star-CCM+ mehr Komponenten in die Simulation integriert werden. Das beschleunigt den Designprozess und liefert noch präzisere Ergebnisse.

Sparsam und zuverlässig
Durch den optimierten Designprozess können beim ThermoLift-System die Energieverluste um Vergleich zu herkömmlichen Vuilleumier-Wärmepumpen erheblich reduziert werden. Das führt zu Einsparungen bei den Energiekosten von 30 bis 50 Prozent. Zudem konnten durch die „weiche Landung“ der Verdränger die Maschinengeräusche reduziert und Betriebszeiten von über zehn Stunden erreicht werden.

Bild: Mit Simcenter Star-CCM+ können besonders viele Komponenten in die Simulation eingebunden und multidisziplinäre Simulationen in einer einzigen Benutzeroberfläche realisiert werden. (Bild: Siemens AG)

Quelle: Siemens

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