Im Fraunhofer-Leitprojekt ElKaWe wird an hocheffizienten elektrokalorischen Wärmepumpen gearbeitet, die ohne schädliche Kältemittel auskommen.

Sechs Fraunhofer-Institute arbeiten gemeinsam an der Optimierung der Technologie. Foto: © Fraunhofer IPM

Sechs Fraunhofer-Institute tüfteln in Deutschland unter der Leitung des Fraunhofer IPM in Freiburg an dieser  Entwicklung. Das Projekt soll 2023 abgeschlossen sein.

Elektrokalorische Wärmepumpen
Wärmepumpen arbeiten heute nahezu ausschließlich auf Basis von Kompressor-Technologie. Elektrokalorische Wärmepumpen versprechen einen deutlich höheren Wirkungsgrad und kommen ohne schädliche Kältemittel aus. Im Rahmen des Projekts entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keramische und polymerbasierte elektrokalorische Materialien und arbeiten an einem innovativen Systemansatz, der eine besonders effiziente Wärmeabfuhr ermöglicht. Die Arbeiten im Projekt sollen zeigen, dass elektrokalorische Wärmepumpen das Potenzial besitzen, Kompressoren langfristig abzulösen.

Mangelnde Wirtschaftlichkeit
Für die Frauenhofer-Forscher*innen steht fest: „Wärmepumpen sind ein wichtiger Baustein für die Wärmewende. Betrieben mit regenerativ erzeugtem Strom bilden sie das fehlende Bindeglied zwischen Strom- und Wärmeerzeugung. Der Zuwachs an Wärmepumpen für die Gebäudeklimatisierung verläuft jedoch zögerlich; Grund ist die mangelnde Wirtschaftlichkeit kompressorbasierter Wärmepumpen. In der Kühltechnik macht zusätzlich das schrittweise Verbot von Kältemitteln im Rahmen der europäischen F-Gase-Verordnung alternative Technologien wünschenswert.“ (Aussendung)

Hier die prinzipielle Funktionsweise:
Legt man ein elektrisches Feld an elektrokalorische Materialien an, so richten sich die elektrischen Momente im Feld aus – das Material erwärmt sich. Die entstehende Wärme wird über eine Wärmesenke abgeführt, sodass das Material wieder auf die Ausgangstemperatur abkühlt. Wird das elektrische Feld entfernt, verringert sich die Ordnung der elektrischen Momente: Das Material kühlt ab und kann thermische Energie aus einer Wärmequelle aufnehmen. Durch diesen reversiblen Effekt ist es möglich, einen Zyklus aufzubauen, der als effiziente Wärmepumpe zum Kühlen oder Heizen funktioniert, informiert das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in einer Aussendung.

Festkörperbasierte Wärmepumpen, zu denen elektrokalorische Systeme zählen, arbeiten mit unbedenklichen Fluiden wie zum Beispiel Wasser und sind geräuschlos. Bisherige Erkenntnisse lassen annehmen, dass sie der Kompressor-Technologie auch im Hinblick auf die Effizienz überlegen sein werden: „Wir sehen die Chance, kompressorbasierte Wärmepumpen langfristig vollständig abzulösen“, so Karsten Buse, der das Projekt leitet. „Nach den Erkenntnissen, die wir bisher auf dem Gebiet gewinnen konnten, kann die Elektrokalorik disruptives Potenzial für die Wärme- und Kältetechnik haben.“ (cst)

Leitprojekt ElKaWe 

Fraunhofer IPM 

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