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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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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.

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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.

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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.

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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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Miller, John A.
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