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Welche Wärmequellen sind optimal für Wärmepumpen?

Entscheidungshilfe für frühe Planungsphasen

Mit "WPSOURCE" steht seit dem dritten Quartal 2018 ein einfach verwendbares Planungshilfsmittel zur Verfügung (Kontakt: Dipl.-Ing. Franziska Bockelmann, TU Braunschweig, bockelmann@igs.tu-bs.de. Es bietet einen Überblick über verschiedene Wärmequellen, deren Randbedingungen sowie spezifische Kennwerte und Leistungen, die resultierende energetische Effizienz der Systeme und deren Investitions- und Betriebskosten. Fachplaner und Architekten können hiermit eine bedarfsgerechte und an projektspezifische Rahmenbedingungen angepasste Vorauswahl von Wärmepumpensystem-Komponenten vornehmen, geeignete Niedertemperatur-Wärmequellen für Wärmepumpen identifizieren und die Wärmeübertrager überschlägig dimensionieren. Der Einsatzbereich liegt bei der Grundlagenermittlung, in der Planung und der Erstellung von Gebäudeenergiekonzepten.

Screenshot aus der Software
Quelle: TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS
Mit der Software "WPSOURCE" können Wärmeübertrager für konkrete Gebäude und marktverfügbare Wärmepumpen bewertet werden.

In der ersten Version beinhaltet "WPSOURCE" die Gebäudetypen Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie Bürogebäude. Für Wohngebäude sind Wärmepumpensysteme zur Gebäudebeheizung und Trinkwassererwärmung darstellbar. Für Bürogebäude beurteilt das Werkzeug nur die Gebäudebeheizung. Aufgrund seines modularen Aufbaus kann das Werkzeug gut erweitert und angepasst werden. Im Rahmen eines Folgeprojektes sollen auch die Eigenstromnutzung von Photovoltaik-Anlagen und die Solarthermie zur Regeneration oder als primäre Wärmequelle berücksichtigt werden. Auch ist eine Erweiterung auf Siedlungen denkbar.

Weitere neue Ideen für die Wärmepumpe

Es gibt einen klaren Trend zu Gebäuden mit deutlich reduziertem Heizwärmebedarf. Damit werden niedrige Temperaturniveaus für die Wärmeübergabe des Heizsystems machbar. Und weil zudem das öffentliche Stromnetz immer mehr regenerativen Strom führt, werden Wärmepumpen eine attraktive Option für die Wärmeversorgung im Gebäudesektor. Umso wichtiger wird es, dass solche Systeme möglichst energieoptimiert geplant und betrieben werden.

Die Grafik zeigt, welche Möglichkeiten für Wärmequellen und Wärmeübertrager es gibt.
Quelle: TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS
Es gibt viele Wärmequellen und Wärmeübertrager. Für jedes Projekt gilt es, die jeweils beste Konstellation zu identifizieren.

Neben den im Beitrag vorgestellten Ansätzen werden aktuell im Rahmen der Forschungsinitiative "Energiewendebauen" weitere Konzepte untersucht. Beispielsweise sind neben einfachen, unverglasten Solarkollektoren auch zunehmend hybride Kollektoren im Gespräch, sogenannte PVT-Kollektoren, die gleichzeitig Solarstrom und solare Wärme erzeugen. Sie wurden im vorgestellten Projekt am Institut für Solarenergieforschung ebenfalls untersucht (Förderkennzeichen: 03ET1275A-C). Unabgedeckte PVT-Kollektoren eignen sich für die Kombination mit Sole/Wasser-Wärmepumpen. Der Solarstrom treibt die Fluidpumpen für den Solarkreis an und unterstützt den Wärmepumpenantrieb. Die anfallende Wärme wird abgeführt, was zur effizienzsteigernden Kühlung des PV-Moduls beiträgt und als zweite Wärmequelle für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe nutzbar ist.

Einen Schritt weiter geht man in dem Forschungsprojekt "TwinPower". Ziel ist hier ein integriertes Gesamtenergieversorgungskonzept für Wohngebäude mit Hybrid-Kollektoren als "bisolare" Wärmequelle für Wärmepumpen. Mit neu entwickelten PVT-Modulen sollen Haushaltsstrom, Trinkwarmwasser und Raumbeheizung mit einem hohen solaren Deckungsanteil bereitgestellt werden (Förderkennzeichen: 0325867A-C).

Interessant für eine verlässliche Anlagenplanung ist ein neu entwickeltes Prüfverfahren. Damit können für Wärmepumpen – und Mikro-Blockheizkraftwerke – realitätsnahe Jahresarbeitszahlen bestimmt werden. Der Anlagenbetrieb kann so besser prognostiziert und energieoptimiert geplant werden. Im Unterschied zu den bisherigen statischen Verfahren gemäß VDI 4650 wollen die Forscher der drei Hochschulen TU Dresden, RWTH Aachen und Universität Stuttgart mit dem neuen Verfahren auch dynamische Betriebsbedingungen berücksichtigen, beispielsweise Anfahr- und Abfahrvorgänge sowie thermische Speicherverluste. Diese haben einen merklichen Einfluss auf die energetische Anlagenperformance (Förderkennzeichen: 03ET1211A-C).

Donnerstag, 24.01.2019

Von Johannes Lang
BINE Informationsdienst - FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH