1 Fabian Homberg 27.07.101

1. Einleitung

2. Grundlagen Wärmepumpe und Solarkollektor

3. Synergieeffekte

4. Hydraulik

5. Simulationsergebnisse

6. Fazit

7. Zusammenfassung

8. Anhang/ Quellen

Kopplung einer Solarthermieanlage

mit einer Wärmepumpe zur Heizung

eines Mehrfamilienhauses in Lettland

2 Fabian Homberg 27.07.10

2 Grundlagen Solarkollektor

dot dot p out inQ m c T T Quelle: Quaschning V (2009)

3 Fabian Homberg 27.07.10

2 Grundlagen Wärmepumpe

1 2

34

1

1 2Carnot

TCOP

T T

Quelle: Forsen M (2007)

Quelle: Academic.ru (2010)

4 Fabian Homberg 27.07.10

2 Zusammenfassung der Grundlagen

Wärmepumpe Solarkollektor

dot dot p out inQ m c T T 1

1 2Carnot

TCOP

T T

1. => Je größer Tout desto

größer Qdot

2. => Je größer Tin desto

kleiner Qdot

3. => Je größer ΔT desto

größer Qdot

1. => Je größer T1 desto

kleiner der COP

2. => Je größer T2 desto

größer der COP

3. => Je kleiner ΔT desto

größer der COP

5 Fabian Homberg 27.07.10

3 Synergieeffekte

Wärmepumpe Solarkollektor

Wirkungsgrad steigt mit

steigender

Wärmequellentemperatur.

Erträge steigen mit sinkender

Rücklauftemperatur.

Benötigt hohe

Quelltemperatur, besonders im

Winter.

Wärme kann im Winter

anderweitig nicht genutzt werden.

Benötigt niedrige

Wärmesenkentemperatur.

Übernimmt die

Warmwasserbereitung

(ungünstiger Betriebszustand für

Wärmepumpe).

Im Sommer müssen Erdsonden

regeneriert bzw. „erwärmt“

werden.

Überhitzungsschutz im Sommer

erforderlich.

Häufig zuwenig Platz für flache

Erdkollektoren

(+Kosteneinsparung).

Braucht Grundsätzlich Backup-

System (z.B. Wärmepumpe/

Pelletkessel)

Verringerung der Betriebszeiten

und Kompressorstarts.

Quelle: Deutsche Gesellschaft

für Solarenergie (2010)

6 Fabian Homberg 27.07.10

4 Komponenten

Flachkollektor: Sokol, 2 m²

Wärmepumpe: NIBE „Fighter 1140“ mit 17

kW maximaler Leistungsaufnahme

Pufferspeicher: No name, 1000 l

Gebäude: Mehrfamilienhaus, 323 m²

Wohnfläche, 138 kWh/m² Heizwärmebedarf

Heizsystem: Radiatoren

Erdsonden: 6 x 70m x 40mm

Quelle: Solar Home (2010)

7 Fabian Homberg 27.07.10

4 Erdsondenverlegung

8 Fabian Homberg 27.07.10

4 Solarkollektor und Verschaltung

9 Fabian Homberg 27.07.10

4 Hydraulik1

10 Fabian Homberg 27.07.10

4 Hydraulik2

11 Fabian Homberg 27.07.10

5 Simulationsergebnisse

Hydraulik 1 Hydraulik 2

12 Fabian Homberg 27.07.10

5 Simulationsergebnisse

Ergebnisse Hydraulik 1 Hydraulik 2

Gesamtenergieverbr. 47558 kWh 47880 kWh

Stromverbrauch WP 13779 kWh 14149 kWh

Brennstoff + Strom 14467 kWh 15072 kWh

Entzugsenergie

Sonde

32855 kWh 34054 kWh

Jahresarbeitszahl 3,4 3,4

Energieeinsparung

Sol.

1106 kWh 372 kWh

Solarer Deckungsgrad 7,4 % 2,6 %

CO2-Einsparung 18318 kg 17657 kg

13 Fabian Homberg 27.07.10

6 Fazit

Das Kombisystem kann enorme Mengen an CO2 einsparen

Trotzdem unerwartete Ergebnisse

Probleme mit Hochdruckstörung bei Hydraulik 1

Kollektorfläche zu klein für entscheidenden Einfluss

PolySun unterstützt nur bestimmte vorgegebene

Verschaltungen und ist schwierig zu handhaben

Weiterführende Schritte

Parametervariation

Vermutlich Simulation mit TRNSYS notwendig

Messdaten auswerten

14 Fabian Homberg 27.07.10

7 Zusammenfassung

Aufgrund der physikalischen Vorraussetzungen ergänzen sich

Wärmepumpe und Solarkollektor nahezu ideal

Auch in nördlichen Breiten kann die Wärmepumpe mit hoher

Jahresarbeitszahl von 3,4 operieren

Synergieeffekte Wärmepumpe und Solarkollektor scheinbar

gegeben

Weitere Simulationen hilfreich

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8 Anhang I: Quellen

PolySun Simulation

Academic.ru (2010) Rankine Zyklus. Im Internet erhältlich unter: http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/1159124, zuletzt besucht: 27.07.2010.

DGS Deutsche Gesellschaft für Solarenergie; Artikel in der Zeitschrift Sonnenenergie (2010) Wärmepumpen und Solaranlagen.

Forsen M (2007) Heat Pumps - Technology and Environmental Impact. Im Internet erhältlich unter: http://ec.europa.eu/environment/ecolabel/about_ecolabel/reports/hp_tech_env_impact_aug2005.pdf, zuletzt besucht: 27.07.2010.

Kaltschmitt, M et al. (1999) Energie aus Erdwärme, Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart.

Niedersächsischer Bildungsserver 2009. Netzbelastungskurve. Im Internet erhältlich unter: http://nibis.ni.schule.de/~bfseta/e-learning/energietechnik/energieversorgung/bespiel-belastungskurve.html. zuletzt besucht: 18.03.2009.

Quaschning V (2009) Regenerative Energiesysteme, Hanser Verlag, München.

Solar Home (2010) Im Internet erhältlich unter: http://www.solarhome.ru/ru/solar/collector/sokol_desc.htm, zuletzt besucht: 27.07.2010.

16 Fabian Homberg 27.07.10

1 - Load Curve

Quelle: Niedersächsischer Bildungsserver

8 Anhang II: Lastmanagement

17 Fabian Homberg 27.07.10

8 Anhang III: Grundlagen Wärmepumpe

Quelle: Kaltschmitt, M et al. (1999)

18 Fabian Homberg 27.07.10

8 Anhang IV: Definitionen Solare Deckung

Solare Deckungsrate fsol:

Anteil des solaren Wärmeeintrags am Gesamtwärmeeintrag in

den Speicher

Anteilige fossile Energieeinsparung fsav:

Verhältnis aus jährlich eingesparter Primärenergie zum

Primärenergiebedarf einer nicht solaren Referenzanlage

auxcol

colinsol QQ

Qf

,

1solaux

sav fosaux

Qf

Q