Masterarbeit Peer Permien

 

Inbetriebnahme und Erstellung einer Vergleichsstudie von zwei hybriden Wärmepumpen-Systemen

Für die Verringerung der Treibhausgas-Emissionen imGebäudebereich stellt dieWärmepumpentechnik eine Schlüsseltechnologie dar. Drei Viertel des Energieverbrauchs im Wärmesektor lassen sich Schätzungen zufolge dem Gebäudebestand zuschreiben. Insbesondere Luftwärmepumpen eignen sich dazu, auch nachträglich in Bestandsgebäude integriert zu werden. Luftwärmepumpen haben einen vergleichsweise niedrigenWirkungsgrad bei hohen Vorlauftemperaturen, zudem erfordert die monovalente Betriebsweise eine Überdimensionierung der Luftwärmepumpe. Dies wird bei einer Verbundanlage aus Luftwärmepumpe und konventionellem Erzeuger, z.B. einem Gas-Brennwertkessel, umgangen. Diese sogenannten hybriden Wärmepumpen bestehen aus bereits kommerziell verfügbaren Komponenten und werden auch als komplette Anlagen von diversenHerstellern angeboten. Allerdings bestehen aufgrund der geringen Technologiereife großeUnterschiede zwischen den einzelnen Konzepten, zudem existieren keine Langzeiterfahrungen im Realbetrieb. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Vergleichsstudie von zwei Hybridwärmepumpen angefertigt. Die untersuchten Systeme sind eine TzerraHP 690-5 von Remeha und eine Vitocaldens 222-F (A26) von Viessmann. Ziel der Studie ist es, zu bestimmen, welche jährliche Arbeitszahlen diese Anlagen im realen Betrieb erreichen und welche Unterschiede zwischen den Systemen bestehen. Es werden dazu Versuche mit beiden Anlagen an einem Hardware-in-the-Loop Prüfstand mit der Typischen-Tage-Methode durchgeführt. Der für Luftwärmepumpen entworfene HiL-Prüfstand wird dazu für die hybriden Systeme umgerüstet. Beide hybriden Systeme werden in den Versuchen nacheinander mit einer ökonomischen und einer ökologischen Regelstrategie gesteuert. Mit den Versuchsergebnissen werden die energetische Effizienz, die Wärmegestehnungskosten und der Primärenergieverbrauch der hybriden Systeme gegenübergestellt. Die Vitocaldens erreicht in diesen Versuchen den geringsten Primärenergieverbrauch mit 0,92 kWh erzeugter Nutzwärme pro kWh PE. Auch der Einfluss der Regelungsstrategie auf das Anlagenverhalten ist bei der Vitocaldens mit 40% stärker als bei der TzerraHP mit 20%. Die jährlichen Betriebskosten der Anlagen unterscheiden sich dagegen kaum.Mit der entsprechenden Regelstrategie betragen die Wärmegestehungskosten bei beiden Anlagen 8,4 ecent pro erzeugter kWh Nutzwärme. Der Anteil der Wärmepumpe an der gesamten Wärmeerzeugung liegt für beide Systeme mit der ökonomischen Regelstrategie bei ca. 0,2 und kann mit der ökologischen Regelstrategie auf bis über 0,7 gesteigert werden. Die Wärmepumpe hat bei der TzerraHP praktisch keinen Anteil an der Warmwasserbereitung. Als Ursache dafür kann das Analgenkonzept identifiziert werden. Beide Anlagen erreichen zudem nicht die Erwartungswerte an die Energieeffizienz, was auf ein Optimierungspotential der hybriden Systeme andeutet.