Masterarbeit Felix Görg

 

Entwicklung und Inbetriebnahme einer Wärmepumpen-Steuerung für den Einsatz von höheren Regelungskonzepten

Wärmepumpen-Steuerung Urheberrecht: EBC

Vor dem Hintergrund der Auswirkungen des Klimawandels und der angestrebten Reduktion des Primärenergieverbrauchs, wird die Wärmepumpe als Schlüsseltechnologie für die Elektrifizierung der Wärmebereitstellung im Gebäudesektor aufgeführt. Die Wärmepumpe nutzt Umgebungswärme, welche mit Hilfe von elektrischer Energie für die Wärmeversorgung verfügbar gemacht wird.

Feldtests haben allerdings gezeigt, dass Wärmepumpen in der Praxis auf Grund von Defiziten in Auslegung, Installation und Betrieb die vorausgesagten Arbeitszahlen nicht erreicht werden. Dies führt zu einem erhöhten Stromverbrauch und in Folge dessen nicht zu der angestrebten Reduktion des Primärenergieverbrauchs. Eine höhere Arbeitszahl kann durch verbesserte Regelung im Betrieb der Wärmepumpe erreicht werden. Hierzu existieren bereits zahlreiche Forschungen die höhere Regelungskonzepte vorschlagen. Für deren Implementierung in Wärmepumpen-Steuerungen und experimentelle Überprüfung besteht jedoch Forschungsbedarf.

Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit eine Wärmepumpen-Steuerung für den Einsatz höherer Regelungskonzepte entwickelt und an einem Hardware-in-the-Loop Prüfstand in Betrieb genommen. Im Zuge dessen werden Anforderungen an die Wärmepumpen-Steuerung identifiziert. Darauf aufbauend wird ein Steuerungskonzept mit offener Schnittstelle entwickelt, welche die Kommunikation mit einem Systemregler ermöglicht. Das Steuerungskonzept wird am Beispiel einer Sole-Wasser-Wärmepumpe umgesetzt und am Prüfstand in Betrieb genommen. Zur Inbetriebnahme erfolgt mit Hilfe von Versuchsreihen der Einzelnachweis der Funktionen zur Wärmebereitstellung sowie die Überprüfung des Normalbetriebs und des entwickelten Sicherheitssystems.

Mit der Auslegung des Steuerungskonzepts und der erfolgreichen Inbetriebnahme wird der Einsatz und die zukünftige Bewertung von höheren Regelungskonzepten am Prüfstand ermöglicht, indem diese als Systemregler integriert werden. Mit der entwickelten Wärmepumpen-Steuerung ist darüber hinaus die Grundlage für weitere Forschung geschaffen.