| dc.description.abstract | Thermische Prozesse in der Nahrungsmittelindustrie, wie z. B. Molkereien sind oftmals eine Kombination aus Erwärmung und Abkühlung eines Produktes. Prozesskühlung wird dabei meistens mittels einer Wärmepumpe erzielt, wobei Prozesswärme häufig konventionell durch die Nutzung fossiler Energieträger erzeugt wird. Integrierte Wärmepumpensysteme zur kombinierten Bereitstellung von Prozesskühlung und -wärme haben aufgrund der erzielbaren Energie- und Emissionseinsparungen gerade vor dem Hintergrund des Pariser Klimavertrags ein hohes Marktpotential. Diese Arbeit untersucht zwei Fallbeispiele zur Integration von Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP): Im ersten Fallbeispiel wird die Integration und der Test einer neu entwickelten industriellen HTWP zur Nachrüstung in einer existierenden Molkerei präsentiert. Es kommen die natürlichen Kältemittel Propan (R290) und Butan (R600) in einer Kaskade zum Einsatz. Zur Prozesskühlung wird an der Wärmequelle Eiswasser mit 0,5 °C geliefert und an der Wärmesenke Heißwasser mit 115 °C. Die Kaskade liefert 282 kWth mit einer kombinierten Leistungszahl von 3,4 ± 0,3. Der kombinierte Carnot-Gütegrad beträgt circa 0,55. Im zweiten Fallbeispiel wird der Anlagenbetrieb einer neu gebauten und voll integrierten Molkerei analysiert, wobei der gesamte Prozessbedarf von Wärmepumpen gedeckt wird. Hierzu wird eine Kombination aus NH3- Kaltwassersätzen (2400 kWth, -1,5 °C / 40 °C), NH3-Wärmepumpen (1577 kWth, 20 °C / 67 °C) und NH3-H2O Hybridwärmepumpe (940 kWth, 60 °C / 95 °C) verwendet. Zur Entkopplung der Wärmequellen und -senken wurden thermische Energiespeicher eingesetzt. Die ermittelten Leistungszahlen der Anlagen sind 4,2, 5,3 und 5,9, was kombinierte Carnot-Gütegrade von 0,55, 0,65 und 0,53 ergibt. Die untersuchten Fallbeispiele zeigen, dass es technisch möglich ist, durch den Einsatz von HTWP mit natürlichen Kältemitteln die Treibhausgasemissionen bis zu 95% und den Primärenergieverbrauch bis zu 67% zu verringern. | en_US |
