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Fabian Homberg 27.07.10 11 1.Einleitung 2.Grundlagen Wärmepumpe und Solarkollektor 3.Synergieeffekte 4.Hydraulik 5.Simulationsergebnisse 6.Fazit 7.Zusammenfassung.

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1 Fabian Homberg 27.07.10 11 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 2 Grundlagen Solarkollektor Quelle: Quaschning V (2009)

3 Fabian Homberg 27.07.10 3 2 Grundlagen Wärmepumpe 12 34 Quelle: Forsen M (2007) Quelle: Academic.ru (2010)

4 Fabian Homberg 27.07.10 4 2 Zusammenfassung der Grundlagen WärmepumpeSolarkollektor 1.=> Je größer T out desto größer Q dot 2.=> Je größer T in desto kleiner Q dot 3.=> Je größer ΔT desto größer Q dot 1.=> Je größer T 1 desto kleiner der COP 2.=> Je größer T 2 desto größer der COP 3.=> Je kleiner ΔT desto größer der COP

5 Fabian Homberg 27.07.10 5 3 Synergieeffekte WärmepumpeSolarkollektor 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 6 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 7 4 Erdsondenverlegung

8 Fabian Homberg 27.07.10 8 4 Solarkollektor und Verschaltung

9 Fabian Homberg 27.07.10 9 4 Hydraulik1

10 Fabian Homberg 27.07.10 10 4 Hydraulik2

11 Fabian Homberg 27.07.10 11 5 Simulationsergebnisse Hydraulik 1Hydraulik 2

12 Fabian Homberg 27.07.10 12 5 Simulationsergebnisse ErgebnisseHydraulik 1Hydraulik 2 Gesamtenergieverbr.47558 kWh47880 kWh Stromverbrauch WP13779 kWh14149 kWh Brennstoff + Strom14467 kWh15072 kWh Entzugsenergie Sonde32855 kWh34054 kWh Jahresarbeitszahl3,4 Energieeinsparung Sol.1106 kWh372 kWh Solarer Deckungsgrad7,4 %2,6 % CO 2 -Einsparung18318 kg17657 kg

13 Fabian Homberg 27.07.10 13 6 Fazit Das Kombisystem kann enorme Mengen an CO 2 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 14 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

15 Fabian Homberg 27.07.10 15 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 16 1 - Load Curve Quelle: Niedersächsischer Bildungsserver 8 Anhang II: Lastmanagement

17 Fabian Homberg 27.07.10 17 8 Anhang III: Grundlagen Wärmepumpe Quelle: Kaltschmitt, M et al. (1999)

18 Fabian Homberg 27.07.10 18 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


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