Um eine Wärmepumpe bei unterschiedlichen Vorlauftemperaturen wirtschaftlich sinnvoll betreiben zu können, müsste man vom Carnot-Prozess in einen linksläufigen Joule-Prozess wechseln. Dieses nicht ganz einfache Gedankenexperiment wurde in den vergangenen Jahren von Ecop, Wien, mit großem Forschungs- und Entwicklungsaufwand Schritt für Schritt in die Tat umgesetzt. Nach mehreren Laboranlagen nimmt das Unternehmen derzeit in Schwarzau die erste Serienanlage in Betrieb.
Der Joule-Prozess
Anders verhält es sich beim linksläufigen Joule-Prozess. Dieser bewegt sich nur in einer Phase (gasförmig) und liefert auch bei wechselnden Temperaturverhältnissen hohe Wirkungsgrade. Das Problem lag bisher in der technischen Umsetzung. Der einphasige Prozess reagiert sehr sensibel auf Druckänderungs-Wirkungsrade, weshalb er bisher in industriellen Anwendungen gegenüber dem Carnot-Prozess das Nachsehen hatte.
Ecop löste das Problem mithilfe vieler rotierender Wärmetauscherpaare. „Es ist uns gelungen, den Joule-Prozess im Rotor abzubilden“, formuliert es Ecop-Geschäftsführer Bernhard Adler. Dabei zirkuliert das Arbeitsgas der Rotationswärmepumpe in einem geschlossenen Kreislauf, der um eine Achse rotiert. Werden Wärmetauscher nahe und weiter weg von Rotationsachse positioniert und diese mit Leitungen verbunden, baut sich ein thermodynamischer Kreisprozess auf. Da die Fliehkraft bei Rotation mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse zunimmt, wird auch das Arbeitsgas immer stärker durch die Fliehkraft komprimiert. Um den Kreisprozess zu betreiben, muss das Arbeitsgas mittels eines Ventilators im geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Durch die Druckzunahme im achsfernen Bereich kommt es zu einer Temperaturerhöhung des Arbeitsgases, welches Wärme über einen Wärmetauscher in eine Senke abgibt. Wird das dadurch abgekühlte Gas wieder entspannt, ändert es seine Temperatur aufgrund der Strömung entgegen der Fliehkraft auf ein niedrigeres Niveau und kann so an der Quelle über den achsnahen Wärmetauscher wieder Wärme aufnehmen.