Masterarbeit Philipp Reher

 

Simulationsstudie zur Trinkwassererwärmungskonzepten mit Wärmepumpen in Mehrfamilien-Bestandsgebäuden mit Dymola/Modelica

Schema des Gesamtsystems in Modelica Urheberrecht: EBC Schema des Gesamtsystems in Modelica

Der Energiebedarf für die Gebäudeheizung nimmt durch verbesserte Bau- und Dämmstandards
ab, während der Bewohner im Bereich Warmwasser immer mehr Komfort wünscht und damit einhergehend einen höheren persönlichen Energiebedarf hat. Darüber hinaus wird die Vorlauftemperatur im Heizkreislauf bei der Trinkwassererwärmung (TWE) durch die entsprechenden festgelegten Hygieneanforderungen vorgeschrieben. Insgesamt steigt somit der Anteil der TWE am Gesamtwärmebedarf eines Gebäudes. Der Verbrauch von Warmwasser ist mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Die Erwärmung von Trinkwasser in privaten Haushalten macht 4% des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland aus.
Die Warmwasser-Wärmepumpe hat aufgrund der Zielvorgabe, die TWE im Gebäudebereich mit
möglichst geringem Energieaufwand zu gewährleisten, in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Obwohl Wärmepumpen bereits viele Ein- und Zweifamilienhäuser kohlendioxidarm mit Wärme versorgen, ist deren Einsatz in Mehrfamilienhäusern (MFH) mit 16% bei Neubauten noch selten. Im Gebäudebestand liegt der Anteil von Wärmepumpen bei unter 5 %.
Rund die Hälfte der Wohnungen in Deutschland befindet sich in MFH. Es gilt, die Wärmeversorgung
für Trinkwasser und Gebäudeheizung von Bestandsgebäuden durch nachhaltige Technologien
zu sichern. Innerhalb des Projekts "LowEx-Bestand-Analyse" sollen Lösungen für den Einsatz
von elektrischen Wärmepumpen in energetisch sanierten Mehrfamilien-Bestandsgebäuden umfassend entwickelt, analysiert und demonstriert werden. Als ein Ergebnis des Projektes wird eine
Zuordnung von geeigneten LowEx-Systemkonzepten zu MFH-Gebäudetypen erstellt.

Das Ziel der Masterarbeit ist die ganzheitliche Untersuchung verschiedener wärmepumpenbasierter
Trinkwarmwasser-Systeme für MFH im Rahmen einer Simulationsstudie. Zunächst wird eine
Recherche zum aktuellen Stand der Technik gängiger Trinkwassererwärmungskonzepte durchgeführt. Dabei ist auch die Gesetzes- und Normenlage zur Systemauslegung und Trinkwasserhygiene von Bedeutung. Das Gesamtsystem wird mit sämtlichen Komponenten (Wärmepumpe (WP),Wärmeübertrager (WÜ), Speicher, Leitungen, Ventile, Gebäude, ...) in Modelica/Dymola abgebildet. Hierbei kann auf bestehende Komponentenmodelle aus Bibliotheken wie der buildings vom Lawrence Berkeley National Laboratory, der an der RWTH Aachen entstandenen AixLib oder der vom Fraunhofer ISE zusammengestellten LowEx.lib zurückgegriffen werden, die gegebenenfalls modifiziert und erweitert werden. Es steht insbesondere die Untersuchung energetischer Aspekte bei Einhaltung der rechtlichen Anforderungen im Fokus der Studie. Verschiedene Systeme werden simuliert und unterschiedliche Auslegungen untersucht.