Modifikation von Standard-Kältekreisen in Waermepumpen zur optimierten Einbindung von Umweltwärme aus mehreren Quellen sowie Quellen- und Senkenmanagement

 

Optimierung von Wärmepumpen-Systemen durch Regelung der Wärmesenke

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Ziel des Forschungsvorhabens MOSKWA ist die Entwicklung eines energie- und kosteneffizienten Mehrquellen-Wärmepumpen-Heizungssystems durch Optimierung sowohl der Quellen- als auch der Senkenseite. Umso geringer der Temperaturhub zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke ist, desto höher kann die theoretische Leistungsziffer des Wärmepumpenprozesses sein. Das Projekt wird in enger Kooperation mit der Vaillant GmbH und dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme durchgeführt.

Am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik werden Optimierungsmaßnahmen auf der Senkenseite betrachtet. Beim Senkenmanagement müssen die Temperaturen möglichst niedrig gehalten werden. Dies kann erreicht werden, indem die zugefügte Raumwärme immer dem tatsächlich notwendigen Bedarf angepasst wird. Hierfür sind genauere Kenntnisse über einzelne Räume bzw. Bereiche mit unterschiedlicher Nutzung notwendig. Dieser Ansatz kann durch eine adaptive Regelung verfolgt werden, die über elektronische Thermostatventile auf Einzelraumebene umgesetzt wird. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Informationen einer adaptiven Regelung aus einzelnen Räumen zusammengeführt werden und als Information an das Wärmepumpensystem zurückgeführt werden, um über eine bedarfsgerechte Heizwassertemperaturanpassung eine signifikante Effizienzsteigerung zu erzielen. Am EBC wurden bereits vereinfachte Simulationsstudien für eine adaptive Vorlauftemperatur durchgeführt, die ein Potenzial für die Primärenergieeinsparung von bis zu 7 % aufgezeigt haben. Es ist zu erwarten, dass über die Detailuntersuchungen im Rahmen dieses Projektes und die genaue Systemabstimmung noch ein deutlich größeres Einsparpotential auf der Senkenseite erbracht werden kann.

Um die Temperatur auf der Quellenseite möglichst zu maximieren müssen bei der Kombination von Wärmequellen die einzelnen Quellen optimal ausgenutzt werden und somit entsprechend ihrem Temperaturniveau in den Verdampfungsprozess eingefügt werden. Die Untersuchung des Quellenmanagements erfolgt am Fraunhofer ISE in Zusammenarbeit mit der Vaillant GmbH.

Das Projekt verfolgt zunächst eine Untersuchung der Wirkzusammenhänge separiert auf die Quellen- und Senkenseite und deren jeweilige Optimierung. Beide Teilbereiche werden dann in ein Gesamtsystem zusammengeführt, um ein Gesamtoptimum zu finden. Dazu wird das System in Simulationen und im Hardware-in-the-Loop Verfahren in unterschiedlichen Varianten analysiert und letztlich in einem Demonstrationsobjekt umgesetzt.

Das Projekt wird unter dem Förderkennzeichen 03ET1169C durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über den Projektträger Jülich gefördert. Das Projekt ist im Januar 2014 gestartet und die Projektlaufzeit beträgt 36 Monate.