Modellbasierte Analyse einer NH3-HTWP in einem Molkereibetrieb

Hochtemperaturwärmepumpen (HTWP) ermöglichen Prozesswärmebereitstellung durch das Anheben von Abwärme auf ein für den Prozess ausreichendes Temperaturniveau. Dadurch kann der Energieverbrauch industrieller Prozesse wesentlich gesenkt und durch den verminderten Bedarf an fossiler Wärmebereitstellung eine Dekarbonisierung der Industrie erreicht werden. Insbesondere Prozesse, die gleichzeitig sowohl einen Kälte- als auch Wärmebedarf aufweisen, haben ein großes Potential für den Einsatz von HTWP.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine direkt in den Kältemittelkreis einer NH3-Kälteanlage integrierte HTWP betrachtet, welche die Abwärme der Kälteanlage zur Beheizung des Cleaning-in-Place (CIP) Systems einer Molkerei auf einem Temperaturniveau von ca. 90°C nutzbar macht. Der Betrieb der HTWP beeinflusst den Betrieb und den Energieverbrauch der Kälteanlage. Der Einsatz von Speichern ermöglicht das Ausgleichen von Lastspitzen des CIP-Systems.
Kopplungseffekte der Teilsysteme Kälteanlage, HTWP, Speicher und CIP-System wurden anhand eines in Dymola unter Verwendung der TIL-Suite aufgebauten Simulationsmodells analysiert. Dazu wurden - nach einem Abgleich des Simulationsmodells mit Messdaten - unterschiedliche Strategien zum Beladen der Speicher und dem Betrieb des CIP-Systems analysiert.
Dabei wird gezeigt, dass eine Anhebung des Mitteldruckniveaus bei Entnahme des CIP-Systems zu einer verkürzten Ladezeit des Pufferspeichers führt und somit als zusätzlicher Freiheitsgrad im Betrieb der HTWP zur Glättung von Lastspitzen genutzt werden kann.