Hocheffiziente, hybride Wärmepumpensysteme mit stagnationssicheren Heatpipe-Kollektoren
Projektdurchführung
Orange Energy GmbH
Loipertshausener Str. 2
85301 Schweitenkirchen
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Zielsetzung des Vorhabens HP² war die Entwicklung eines neuen Kältekreises mit natürlichem Kältemittel und einem drehzahlgeregelten Verdichter für ein modulares Wärmepumpensystem, das neben einem Sole-Luftbrunnen als Wärmequelle auch eine Solarthermieanlage effizienzsteigernd integriert. Die Solarthermieanlage soll sowohl direkt den Wärmespeicher beladen als auch die Quellwärme in den Solekreis der Wärmepumpe einspeisen – so soll der erzielbare Energieertrag der Solarthermie maximiert und die Effizienz der Wärmepumpe durch Temperaturerhöhung im Solekreislauf gesteigert werden.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
a) Auslegung und Zusammenstellung der einzelnen Komponenten des Kältekreises
b) Aufbau und Inbetriebnahme eines Prototypen des neuen Kältekreises durch Orange Energy.
c) Konzeption und Entwicklung eines neuen Regelalgorithmus zur optimierten Solarwärmenutzung und Integration in eine neue Anlagenregelung (EB4000)
d) Experimenteller Aufbau des neuen Wärmepumpensystems inklusive Quellwärmesystem bestehend aus Sole-Luftbrunnen Supra-2 und emulierter Solarthermieanlage (Elektro-Durchlauferhitzer mit Regelung) im Labor von Orange Energy.
e) Inbetriebnahme des Systems und Parametrierung der Regelung.
f) Messung und Optimierung des Gesamtsystems in relevanten Betriebspunkten.
g) Simulationsstudie durch ISFH zur Bewertung des Einsatzes des HP²-System im Einfamilienwohnhaus im Vergleich zu drei weiteren Vergleichssystemen.
h) Technoökologische Bewertung des HP²-Systems durch Fa. Akotec.
i) Entwicklung eines Kriterienkatalogs für Objekte zur Demonstration des HP²-Systems in der praktischen Anwendung.
Ergebnisse und Diskussion
Das Vorhaben wurde erfolgreich abgeschlossen und zur Marktreife entwickelt. Die neuentwickelte Regelung ermöglicht die volatile Einspeisung von Solarwärme in den Quellenkreis.
Die Integration von Solarwärme steigert die Effizienz auf zwei Wegen. Erstens durch den Ersatz des Wärmepumpenbetriebs bei direkter Beladung und zweitens durch die Erhöhung der Quelltemperatur bei niedrigen Außentemperaturen.
Das neu entwickelte System HP² konnte im Vergleich zu drei anderen Wärmepumpensystemen in der Simulationsstudie die höchste Systemjahresarbeitszahl erreichen (27 – 35% besser).
Im Einfamilienhaus ist das HP²-System trotz höherer Effizienz aufgrund der höheren Komplexität nur bedingt wirtschaftlich. Die Simulationsergebnisse zeigen hohe Effizienz bei der Trinkwassererwärmung und in den Übergangszeiten.
Im Verlauf des Projektes verschob sich der Fokus für die Demonstration aus den vorgehend genannten Gründen auf größere Objekte mit höherem Energiebedarf.
In diesen Anwendungen besteht das Potential, das Verhältnis von Wärmepumpenleistung zu Kollektorfläche anzupassen, um Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit zu steigern.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Informationen zum HP²-System wurden seitens Fa. Orange Energy und Fa. Akotec in die Kundenkommunikation aufgenommen.
Die Projektpartner bereiten unter Führung des ISFH die Veröffentlichung der Ergebnisse der Simulationsstudien für die wissenschaftliche Fachöffentlichkeit vor.
Fazit
Das System ist energetisch sinnvoll und erreicht eine sehr hohe Energieeinsparung.
Mit Blick auf die Ergebnisse der Simulationsstudie und der Wirtschaftlichkeitsberechnung sind für die Anwendung im Einfamilienhaus Hemmnisse aufgrund der höheren Investitionskosten zu erwarten. Das HP²-System kann sein
höheres Potential erst im Bereich von Mehrfamilienhäusern mit höherem Bedarf an Trinkwasser sowie energieintensiven Gewerbeobjekten voll entfalten.
Die Projektbeteiligten planen deshalb in einer zweiten Phase des Forschungsprojektes den Einbau eines HP²-System in einem Mehrfamilienhaus unter Auswertung der tatsächlichen Verbrauchs- und Leistungsdaten.