Bachelorarbeit Lars Schellhas

 

Untersuchung des Einflusses von Wärmespeichertechnologien auf die Effizienz von Luft/Wasser-Wärmepumpen

Das Ziel der Reduzierung des Primärenergieverbrauchs in deutschenHaushalten wirkt sich auf die Wärmebereitstellung und die dafür erforderliche Gebäudetechnik aus. Heizungssysteme für Raumwärme und Warmwasser verbrauchen einen Großteil der in Gebäuden genutzten Energie und stellen die Wärme zum Großteil konventionell durch die Verbrennung fossiler oder erneuerbarer Brennstoffe bereit. Durch gesetzlicheRahmenbedingungen,welche dieEnergieeinsparverordnungschafft,müssen in den kommenden Jahren über zwei Millionen veraltete Heizwertkessel ersetzt werden. Um gleichzeitig eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs zu erreichen, bieten sich Wärmepumpen als Alternative an. Sie können unter Einsatz eines Bruchteils an Primärenergie die geforderte Heizleistung liefern. Die erforderliche Energie wird als Umgebungswärme zum Beispiel aus dem umliegenden Erdreich oder der Außenluft bezogen. Durch Wärmespeicher lässt sich der Betrieb einer Wärmepumpe, wie auch der Betrieb von klassischenHeizkesseln, verbessern und die Effizienz der Anlage erhöhen. Wärmepumpen können damit zuTageszeiten mit höherenAußentemperaturen betriebenwerden, was Effizienzerhöhungen ermöglicht. Durch die Zwischenspeicherung, welche meist in sensiblen Warmwasserspeichern geschieht, entstehen zusätzliche Verluste.Diese treten in Formvon Transmissionswärmeverlusten, Verlusten durch den Einsatz von Wärmeübertragern, Bauteilerwärmung und Ein-/Ausspeicher-verlusten auf. Mit derWeiterentwicklung der verschiedenen thermischen Speichertechnologienmussgeprüftwerden, ob dieNutzung vonsensiblenWarmwasserspeicherndie energieeffizienteste Speichermethode darstellt. Es wird untersucht, ob durch den Einsatz von Phasen wechsel oder Adsorptionsspeichern eine Reduzierung der Verluste oder des Primärenergieaufwands erreicht werden kann. Dazu ist die Erstellung eines Anforderungskatalogs erforderlich, der die Temperaturniveaus von Wärmepumpen, Speichern und Gebäudeheizsystemen definiert. Als Referenzfall dient ein vor 1985 errichtetes Bestandsgebäude, welches den Sanierungsfall nach der Energieeinsparverordnung 2016 abbildet. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die bestehenden Technologien und untersucht die zuvor formulierte Fragestellung mithilfe numerischer Simulationen mit Modelica. Durch die Untersuchung des Systems wird ein Potential von Primärenergieeinsparungen durch den Einsatz von Adsorptionsspeichern aufgezeigt. Die sinnvolle Einsetzbarkeit eines Latentwärmespeichers hängt von der Phasenwechseltemperatur und dem Betriebstemperaturniveau.