Projekt 26581/01

Software zur dynamischen Auslegung und Optimierung von Kälte-/Wärmepumpe-Installationen für Handwerker

Projektträger

ETU Software GmbH
von-Hünefeld-Str. 3
50829 Köln
Telefon: 0221 / 70993-226

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Verbreitung von Wärmepumpen zur Heizung aber auch zu Kühlung erfordern von Planern und Ausführenden einfach zu bedienende Auslegungssoftware-Tools. Diese fehlen im Falle der Gasabsorptionswärmepumpe und des Eisspeichers komplett oder basieren nicht auf dynamischen Ansätzen, die für die Optimierung wichtig sind.
Ziel des Projektes ist es, durch die Beseitigung der genannten Hemmnisse dazu beizutragen, dass die Verbreitung optimal ausgelegter Wärmepumpen zum Heizen und zum Kühlen gefördert wird, um so mehr Heizenergie bei Neubauten und Sanierungen zu sparen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch das zur Förderung beantragte Projekt soll zu diesem Zweck ein ineinander greifendes System von Softwarewerkzeugen entwickelt werden. Dieses wird einfach zu nutzen sein, um so Akzeptanz bei Planern und Handwerkern zu finden. Es dient dazu, Wärmepumpenanwendungen im Allgemeinen auszulegen und zu optimieren und im Speziellen die Auslegung von Gasabsorptionssystemen in Kombination mit Eisspeichern überhaupt einer durchgängigen Planung mit Software-Unterstützung zugänglich zu machen. Wesentliche Elemente dieses Systems sind:
System zur überschlägigen Auslegung unterschiedlicher Wärmepumpensysteme inkl. Gas-Absorptionswärmepumpe mit Eisspeicher auf Basis standardisierter Lastprofile.
System zur genauen Bedarfsermittlung anhand einer thermodynamischen Simulation des Gebäudes.
Integration der Anlagentechnik in diese Simulation, um die gewählte technische Lösung überprüfen zu können.
Optimierungsroutinen für die Anlagentechnik auf Basis einer energetischen und wirtschaftlichen Bewertung.


Ergebnisse und Diskussion

Ein Weg zur Senkung des Verbrauchs an fossilen Rohstoffen liegt in der Nutzung regenerativer Energien im Bereich der Gebäudetechnik. Einsparziele lassen sich in Neubau und Sanierung gleichermaßen durch den Einsatz moderner Baustoffe und moderner innovativer Technik erreichen. Wichtig ist hierbei die intelligente Auswahl und Kombination der Mittel, um optimale Ergebnisse erreichen zu können. Für die Bewertung der Vielzahl von Optionen und Abhängigkeiten ist eine komplexe Planungs- und Berechnungssoftware entwickelt worden. Diese Software ist einerseits als Berechnungswerkzeug für technische Planungen und wirtschaftliche Betrachtungen zu sehen, andererseits kann sie als Präsentationsmedium und Wissensträger zur Verbreitung moderner Techniken dienen. Im Rahmen der Projektbearbeitung wurde untersucht, welche Gebäudebauteile, Anlagenkomponenten und Randbedingungen für die Aufgabenstellung relevant sind und welche quantitativen und zeitlichen Wechselwirkungen beachtet werden müssen. Es wurden auch Vergleiche mit herkömmlichen Berechnungsmethoden angestellt und die Funktionalität bestehender Softwareprodukte geprüft. Aufgrund der so gewonnenen Erkenntnisse wurde bestätigt, dass eine thermodynamische Simulation eines Gebäudes im Zusammenhang mit der speziellen Anlagentechnik der geeignetste Weg zur realitätsnahen Abbildung des Sachverhaltes ist. Dementsprechend sind Berechnungswege aus Normen und Richtlinien wie VDI 6007, 4650 und 4640 eingebunden und teilweise auch als Ergebnis der Projektdurchführung entwickelt worden. Bei der Anlagentechnik liegen die Neuerungen vor allem auf dem Gebiet der Modellierung der Anlagenkomponenten Eisspeicher, Dachabsorber und Absorptionswärmepumpe und in der Modellierung des Zusammenspiels der Anlagenkomponenten (Regelung/Steuerung) untereinander. Besonders hervorzuheben ist die automatische Speicherdimensionierung durch die Software. Die thermodynamische Simulation erfolgt in Stundenschritten, so dass auch die Momentanwerte von bspw. Raumtemperaturen, Klima und Nutzerverhalten exakt berücksichtigt werden. Die von Isocal durchgeführte Validierung der Ergebnisse, also der Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Erfahrungen aus im Betrieb befindlichen Anlagen, konnte die Richtigkeit der Berechnung bestätigen. Dabei wurde erst einmal der Heizungsfall berücksichtigt, die Entladung der Kälte im Eispeicher erfolgt durch Nutzung solarer Wärme. In einer zukünftigen Version wird auch die Nutzung der Kälte für die Gebäudekühlung mit einbezogen werden. Da die Software auch für Nicht-Experten geeignet sein soll, wurde ein nutzerfreundliches Bedienkonzept entwickelt, so dass die komplizierten Zusammenhänge im Hintergrund bleiben und im Vordergrund ein geradliniger, übersichtlicher Arbeitsfluss ermöglicht wird. Dadurch wird der Einstieg in das Thema erleichtert und einem breiten Anwenderkreis der Zugang ermöglicht. Das Produkt kann zur Auslegung und Planungsunterstützung, in Beratung und Verkauf sowie auf Schulungen eingesetzt werden. Die Ergebnisprotokolle enthalten die für die Praxis wichtige Berechnung der Wärmepumpen-Jahresarbeitszahl. Das Softwareprodukt wird in der vereinfachten Version bereits mit Erfolg vermarktet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die erste Version der reinen Gebäudesimulation wird zur Messe Chillventa im Oktober 2010 in Nürnberg vorgestellt. Für die komplexe Gebäude- und Anlagensimulation ist die Messe ISH vom 15. bis 19. März 2011 in Frankfurt am Main als Vorstellungstermin geplant. Desweiteren sind Artikel in Fachpresse und Internetplattformen, Präsentationen bei Verbänden und TGA-Herstellern und Werbemaßnahmen im vorhandenen Kundenstamm geplant.


Fazit

Die Zielsetzung des Forschungsprojekts wurde in den wesentlichen Punkten erreicht. Hervorzuheben ist, dass die beiden besonders schwierigen Punkte einer thermodynamischen Gebäudesimulation mit akzeptabler Rechenzeit und der komplexen Anlagensimulation zufriedenstellend gelöst werden konnten. Das Zusammenspiel der beiden Teilkomponenten muss noch optimiert werden und soll bis Jahresende abgeschlossen sein. Es wurde ein Weg gefunden, die Komponenten Solareis-Speicher, Dachabsorber und Absorptionswärmepumpe in ihrer verschalteten Komplexität, sowie in ihren einzelnen Komponenten, mathematisch zu beschreiben und in eine einfach zu bedienende Software zu verpacken. Das entstandene Programm hat umfangreiche Einstellmöglichkeiten und kann verschiedenste Varianten der Bedarfsseite und der Bedarfsdeckungsseite abbilden. Für die Weiterentwicklung des Programms sind weitere Module wie die Kombination der Wärmeerzeugung mit BHKW in Planung bzw. schon in der Entwicklung.