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Forschungsbericht: Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Wärmepumpen für EnEV und DIN V 18599. Abschlussbericht

Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Wärmepumpen für EnEV und DIN V 18599. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2814
Heiko Werdin, Bert Oschatz
Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH -ITG-
2012, 94 S., zahlr. Abb. u. Tab.
Fraunhofer IRB Verlag
Best.-Nr. F 2814E (Kopie des Manuskripts)

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Inhalt

Das novellierte Verfahren zur energetischen Bewertung von Wärmepumpen stützt sich weiterhin auf die Temperaturklassen, die mit den Prüfpunkten nach EN 14511 identisch sind. Über die Häufigkeit der jeweiligen Temperaturen werden Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Temperaturklassen festgelegt. An Hand der Betriebsart der Wärmepumpe (parallel, teilparallel, alternativ) wird bestimmt, welcher energetische Anteil bedingt durch das Klima von einem zweiten Wärmeerzeuger übernommen werden muss. Dabei werden die Bivalenztemperatur und die Heizgrenze durch ein neues Rechenverfahren bestimmt. In Abhängigkeit der Kennwerte (Leistungen bei Normprüfpunkten) und der Regelung der Wärmepumpe (stufig, stufenlos) sowie möglicher Nichtnutzungszeiten des Gebäudes und Abschaltzeiten des EVU werden anschließend Laufzeiten der Wärmepumpe für den Kombibetrieb, Heizbetrieb und Trinkwassererwärmung berechnet. Reicht die zur Verfügung stehende Heizzeit der Wärmepumpe für die einzelnen Betriebszustände nicht zur Deckung des energetischen Bedarfes aus, muss die Differenz vom zweiten Wärmeerzeuger übernommen werden. Abschließend werden die Endenergieaufnahme, die Wärmeerzeugerverluste, die Erzeugernutzwärmeabgabe, die Hilfsenergie, der regenerative Energieertrag und die Arbeitszahl berechnet.

Publikationslisten zum Thema:
Wärmeerzeugung, Heizwärme, Warmwasserbereitung, Wärmepumpe, Bewertung, Betrieb, Regelung, Effizienz, Energieeffizienz, Arbeitszahl, Berechnungsverfahren, Norm, EnEV, DIN-Norm, DIN V 18599, Energieerzeugung, Erneuerbare Energie,

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Hans-Jürgen Seifert
Effizienter Betrieb von Wärmepumpenanlagen
Planungsfehler vermeiden - Probleme analysieren - Arbeitszahlen optimieren
2018, 212 S., 240 mm, Softcover
VDE-Verlag

Wärmepumpen sind aus dem Heizungsmarkt mittlerweile nicht mehr wegzudenken. Jährlich kommen bundesweit mehr als 50.000 neue Anlagen hinzu. Diese Technik zeichnet sich unter anderem durch hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, sicheren und sparsamen Betrieb aus. Dem entgegen stehen durchaus hohe Anforderungen an die Planung und Ausführung dieser Anlagen. Fehler bei der Auslegung, Dimensionierung und Anwendung wirken sich bei keinem anderen Heizsystem so gravierend aus wie bei Wärmepumpenheizungsanlagen. Dass es sich hierbei um ein System handelt, welches nur effizient arbeitet, wenn alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind, wird oft verkannt. Der Autor - selbst Wärmepumpengutachter mit jahrelanger Berufspraxis - zeigt mit dem Buch, wie man Fehler bei der Planung und Installation vermeiden und ungenutzte Potenziale erkennen kann. Ob die Wahl der richtigen Hydraulik, typische Schwachstellen bei Planung und Ausführung, die fachgerechte Programmierung der Wärmepumpenregler oder Problembehandlung bei Bestandsanlagen - der Autor bringt die wichtigsten Grundsätze für eine fehlerfreie Planung und Installation sowie störungsfreien Betrieb von Wärmepumpen auf den Punkt. Eine Reihe von Checklisten gibt dem Fachmann darüber hinaus ein gutes Werkzeug an die Hand, Anlagen im Bestand zielgerichtet auf eine effiziente Arbeitsweise hin zu untersuchen und zu optimieren.

Stefan Sobotta
Praxis Wärmepumpe
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3., überarb. u. erw. Aufl.
2018, 374 S., m. zahlr. meist farb. Abb. 210 mm, Softcover
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Mit anschaulichem Bildmaterial beschreibt der Autor systematisch und klar verständlich die bewährte Technik der nachhaltigen Wärmeversorgung von Gebäuden. Von der einfachen Grundlagenvermittlung bis hin zu konkreten Planungs- und Praxisbeispielen leistet der Titel einen wertvollen Beitrag zur Anwendung zukunftsorientierter und umweltbewusster Technologien. Aus dem Inhalt: Energie und Umwelt // Technik Wärmepumpe // Planung einer Wärmepumpenanlage // Installation // Wirtschaftlichkeit // Normen und Verordnungen // Herstellerverzeichnis. Für die dritte Auflage erfolgte eine Überarbeitung und Erweiterung aller Kapitel. Neue Themen: Anpassung der Energiepreise und Energiewende in Deutschland // Absperrventile. Das Kapitel zu Planungsrichtlinien von Luft/Wasser Wärmepumpen bezüglich der Schallausbreitung wurde überarbeitet.

Reinhard Jank, Reiner Kuklinski
Integrales Quartiers-Energiekonzept
Am Beispiel Karlsruhe-Rintheim
2015, 133 S., zahlr. farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Mit dem Vorhaben wird ein beispielhaftes nachhaltiges Quartierskonzept für das Wohnquartier Karlsruhe-Rintheim entwickelt und mit dessen Umsetzung begonnen. Neben bestmöglicher Kosteneffizienz soll eine Minimierung des Primärenergieeinsatzes und der CO2-Emissionen erreicht werden. Das Quartier weist derzeit 36 Gebäude mit 1.243 Wohneinheiten auf. Die Gebäude sind zwischen 35 und 55 Jahren alt. Parallel zum Aufbau eines Nahwärmenetzes - gespeist aus KWK und Abwärme - sollen die Gebäude wirtschaftlich optimal modernisiert werden. Der nachfolgende Betrieb wird kontinuierlich überwacht und optimiert, wobei die Bewohner mit in die Energieeinsparbemühungen einbezogen werden. Im Rahmen des zu entwickelnden Quartiers-Nachhaltigkeitskonzepts werden auch der Stromverbrauch im Quartier, die Mobilität sowie Fragen der Zukunftssicherheit des Quartiers im Hinblick auf die demografische Entwicklung behandelt.

Empfehlung Oberflächennahe Geothermie
Planung, Bau, Betrieb und Überwachung - EA Geothermie. Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. / Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften e.V
2014, 336 S., 20 SW-Abb., 140 Farbabb., 27 Tabellen. 210 mm, Softcover
Ernst & Sohn

Die Empfehlungen fassen den Stand der Technik zusammen. Das Ziel ist die fachgerechte Erschließung des Untergrunds für geothermische Zwecke sowie die Vermeidung von Schäden für den Boden und das Grundwasser einerseits und für den Betrieb der Anlage sowie der Bebauung andererseits. Die Empfehlungen sollen als Arbeitshilfe die optimale und nachhaltige geothermische Nutzung des Untergrunds am konkreten Standort in Beratung, Planung, Bauausführung und Betrieb begleiten. Die Fach- und Genehmigungsbehörden erhalten die Möglichkeit, sich bei ihren Entscheidungen und Vorgaben an den Empfehlungen zu orientieren.; The aim of the Recommendations is the technically correct exploitation of the subsoil for geothermal purposes. It should be of assistance in avoiding impairment of soil and groundwater during the operation of the plant and buildings.

Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
Solarthermie
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Wie Sonne zu Wärme wird
2014, IX, 147 S., 70 SW-Abb., 10 Farbabb. 193 mm, Softcover
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Welchen Beitrag kann die Solarthermie zur Energiewende leisten? Was kostet Solarwärme und -kälte? Wo sind ihre Grenzen? Nach einem kurzen Überblick über die Geschichte der solarthermischen Energienutzung führen die Autoren in die physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung ein. Dann erläutern sie die Kollektor- und Anlagentechnik anhand zahlreicher Abbildungen. Weitere Kapitel beleuchten die zukünftigen Entwicklungslinien (Stichwort: Solarkraftwerk!) und die Wirtschaftlichkeit dieser Technologie. Der Band vermittelt auch dem Laien einen guten Einstieg in die wichtige Technologie auf dem Weg zur Energiewende.

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Forschungsberichte

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Erarbeitung von Bewertungsverfahren zur Berücksichtigung der Eigenschaften von PCM-Produkten im Rahmen der DIN V 18599 und DIN 4108 Teil 2. Abschlussbericht

Kirsten Höttges, Michael Krause, Juan Rodriguez Santiago, Matthias Kersken, Thomas Haussmann, Stephan Schlitzberger
Erarbeitung von Bewertungsverfahren zur Berücksichtigung der Eigenschaften von PCM-Produkten im Rahmen der DIN V 18599 und DIN 4108 Teil 2. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3116
2019, 178 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Für den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) werden heute in der Baupraxis bereits verschiedene Systeme umgesetzt. Die Einsatzbereiche umfassen dabei passive Systeme (Bauplatten) sowie aktive bzw. hybride Systeme (Kühldecken und -wände, Lüftungsanlagen und Speicher). Eine rechnerische Bewertung der energetischen Effekte von PCM sowie die Auswirkungen auf den thermischen Komfort kann mittels thermischen Simulationsrechnungen auf Stundenbasis erfolgen. Im Rahmen der rechtlich erforderlichen Nachweisverfahren finden thermische Simulationsrechnungen nur in Ausnahmefällen (EnEV) bzw. nicht als Regelverfahren (DIN 4108-2) Anwendung. Wünschenswert wäre die Möglichkeit, den Einsatz von PCM in die normativen Berechnungsverfahren zu implementieren, um so eine energetische Bewertung dieser Systeme auch im Rahmen der Nachweisführung - d.h. für eine weiter verbreitete Anwendung - zu ermöglichen. Dabei geht es vor allem darum, geeignete Schnittstellen und Algorithmen (Ansätze) zu identifizieren und zu verifizieren.

Entwicklung und Testung der Anlagen- und Steuerungstechnik für eine speicherfreie Nutzung der Wärme aus einer Bioreaktorfassade in einem Wohnhaus. Abschlussbericht

Martin Kerner, Stefan Hindersin
Entwicklung und Testung der Anlagen- und Steuerungstechnik für eine speicherfreie Nutzung der Wärme aus einer Bioreaktorfassade in einem Wohnhaus. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3092
2018, 59 S., 14 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Im BIQ Das Algenhaus werden in einer Bioenergiefassade mit Sonnenlicht Mikroalgen und Wärme produziert. Allerdings war die Nutzung der Wärme aus der Fassade für die Versorgung des Gebäudes nicht optimal, da ein Großteil über lange Zeiträume im Erdreich zwischengespeichert werden musste. Um das System zu optimieren war es Ziel des vorliegenden Projektes, ein neues Energiekonzept zu entwickeln, mit dem die Speicherung der Wärme minimiert und die direkte Nutzung maximiert wird, ohne dass die Produktion an Mikroalgen gestört wird. Der Forschungsansatz bestand darin, für die am BIQ Das Algenhaus vorhandene Bioreaktorfassade eine Anlagen- und Steuerungstechnik zu entwickeln und umzusetzen, mit der die Wärme, die in der Bioreaktorfassade produziert wird, optimal zur Deckung des Bedarfs im Wohnhaus genutzt werden kann.

Potenziale von Niedrigtemperaturnetzen zur Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien in Quartieren. Niedrigtemperaturnetze in Quartieren. Abschlussbericht

Werner Lang, Thomas Auer, Karl Martin Heissler, Jakob Metz, Isabell Nemeth
Potenziale von Niedrigtemperaturnetzen zur Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien in Quartieren. Niedrigtemperaturnetze in Quartieren. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3059
2018, 97 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Heutige Nahwärmenetze arbeiten auf einem Temperaturniveau, das deutlich über dem der Umgebung liegt. Folge der Temperaturdifferenz zur Umgebung sind Verteil- sowie Exergieverluste und eine erschwerte Einbindung von erneuerbaren Energiequellen. Niedrigtemperaturnetze sind ein innovativer Ansatz um die Einbindung erneuerbarer Energien zu erleichtern. In städtischen Quartieren können durch eine thermische Vernetzung auf niedrigem Temperaturniveau erneuerbare Energiequellen sowie Umgebungs- und Restwärmepotenziale genutzt werden, die bisher nicht erschließbar waren. Niedrigtemperaturnetze bieten darüber hinaus große Potenziale durch die Minimierung der Netzverluste zur Umgebung und durch die räumliche und zeitliche Verschiebung der Wärme innerhalb des Quartieres.

Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

Joachim Seifert
Instationäre, energetische Bewertung von Wärmepumpen und Mikro-KWK-Systemen
Forschungs-Report
Testszenarien und Versuchsstand Mikro-KWK-Systeme
2017, II, 89 S., 297 mm, Softcover
VDE-Verlag

Der Forschungsbericht beschäftigt sich mit der energetischen Bewertung von Wärmepumpen und Mikro-KWK-Systemen. Hierzu wurde ein neuartiges Bewertungsverfahren auf Basis der Hardware-in-the-Loop-Untersuchungsmethodik entwickelt, welches es ermöglicht, dynamische Betriebsbedingungen in den Untersuchungen zu integrieren. Die Erzeugungseinheit wird hierbei nicht mehr als einzelnes Gerät betrachtet, sondern vielmehr innerhalb eines virtuellen Systems. Dies ermögliche es, sehr realitätsnahe Ergebnisse zu erreichen, die im Vergleich zu Feldtestmessungen dennoch reproduzierbar sind. Im Detail wird eine Kopplung des Versuchsstandes mit einer numerischen Gebäude- und Anlagensimulation beschrieben, welche die Möglichkeit besitzt, verschiedene Gebäudemodelle zu integrieren. Hierbei wurden mit den Partnern RWTH Aachen und Universität Stuttgart unterschiedliche numerische Simulationsprogramme getestet, die prinzipiell alle für derartige Analysen geeignet sind. Die Untersuchungsmethodik beinhaltet weiterhin die Berücksichtigung von Referenztagen, die repräsentativ für eine Periode stehen. Durch diesen Ansatz ist im Verfahren gewährleistet, dass die Bewertung des Versorgungssystems an regionale Gegebenheiten angepasst werden kann und somit höchst flexibel ist. Durch den gewählten methodischen Aufbau des entwickelten Bewertungsverfahrens ist es prinzipiell technikneutral, wodurch die Möglichkeit besteht, zukünftig auch neu entwickelte Erzeugungssysteme (Wärme/Kälte/Elektro) mit dieser Systematik zu vergleichen und neutral zu bewerten.

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Zeitschriftenartikel

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Hochradl, Daniela; Knüsel, Paul
Wärme oder Strom? Gebäudetechnik
Tec 21, 2019

Wraneschitz, Heinz
Holzgas für Strom und Wärme. Deutsche Holzvergasertechnik gibt im Ausland Gas (kostenlos)
Sonnenenergie, 2018

Felgentreff, Bernd
Erde an Sonne. Innovationen für Solarthermie und Wärmepumpe (kostenlos)
Sonnenenergie, 2018

Hahne, Jörg
Top-Thema: Wann stellt die magere Energieeffizienz einer Wärmepumpe als Herzstück einer Trinkwassererwärmungs- und Heizanlage einen Mangel dar?
Der Bausachverständige, 2018

Schmid, Wolfgang
Münchner Fernkältenetz wird kontinuierlich ausgebaut. 70 Prozent Stromersparnis gegenüber maschineller Kälteerzeugung
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