Entwicklung eines Systems zur optimierten solarunterstützten Wärmepumpenheizung für Wohngebäude

Ziel dieses Forschungsprojektes war die Untersuchung eines Systems bestehend aus einer Erdreich-Wärmepumpe zur Beheizung eines Einfamilienhauses in Kombination mit einer thermischen Solaranlage. Das untersuchte System ist in Abbildung 1 dargestellt.

Die Wärmepumpe dient zur Beheizung des Wohngebäudes und gibt dazu Wärme an den Heizkreis des Gebäudes ab. Als Wärmequelle dienen Erdsonden mit deren Hilfe dem Erdreich Wärme entzogen wird. Nachteil dieses Systems ist es, dass die Temperatur des Erdreichs im Laufe der Heizperiode sinkt und damit die Leistungszahl der Wärmepumpe abfällt, bzw. die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe ansteigt. Um diesen Effekt abzumildern, wurde die Wärmepumpe mit einer thermischen Solaranlage kombiniert. Diese Solaranlage wurde zeitweise zur Aufheizung des Erdreichs im Bereich der Erdsonden verwendet Im Rahmen dieses Projektes wurden drei Gebäude in Ansbach, Kühlungsborn und Senzig vermessen. Die Messdaten wurden genutzt, um ein Simulationsmodell des in der Abbildung 1 gezeigten Systems zu validieren. Das Computermodell wurde zur Optimierung und Bewertung des Systems genutzt.

Bild1 Bild2
Abb. 1: Aufbau des untersuchten Systems
Eingesparte elektrische Energie in Abhängigkeit der Anlagenkonfiguration

Vorgehensweise

Im Rahmen dieses Projektes wurden drei Gebäude in Ansbach, Kühlungsborn und Senzig vermessen. Die Messdaten wurden genutzt, um ein Simulationsmodell des in Abb. 1 gezeigten Systems zu validieren. Das Computermodell wurde zur Optimierung und Bewertung des Systems genutzt.

In Abb. 2 ist die eingesparte elektrische Energie zum Antrieb der Wärmepume in Abhängigkeit des Systemkonfiguration dargestellt.

Ergebnisse

Es zeigte sich, dass pro Jahr etwa 400 kWh elektrische Energie durch die Kombination der Wärmepumpe mit einer thermischen Solaranlage eingespart werden können, wenn man Vakuumröhrenkollektoren zur Brauchwasser- und Erdreicherwärmung einsetzt. Diese Einsparung entspricht ca. 12 % der Antriebsenergie der Wärmepumpe. Leider lagen die Stromeinsparungskosten bei dem betrachteten System nicht im Bereich der Wirtschaftlichkeit.

Projektleitung

Prof. Dr. Andreas Ratka (Koordination)
T +49 9826 654-202
andreas.ratka [at]hswt.de Mail

Projektbearbeitung

Dipl.-Ing. (FH) Thiemo Priesnitz
T +49 09826 654-307
thiemo.priesnitz [at]hswt.de Mail

Projektdauer

07.08.2008 - 31.05.2011

Projektpartner

Projektförderung