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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 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 Grundlagen Solarkollektor Quelle: Quaschning V (2009)

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

4 Fabian Homberg 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 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 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 Erdsondenverlegung

8 Fabian Homberg Solarkollektor und Verschaltung

9 Fabian Homberg Hydraulik1

10 Fabian Homberg Hydraulik2

11 Fabian Homberg Simulationsergebnisse Hydraulik 1Hydraulik 2

12 Fabian Homberg Simulationsergebnisse ErgebnisseHydraulik 1Hydraulik 2 Gesamtenergieverbr 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 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 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 Anhang I: Quellen PolySun Simulation Academic.ru (2010) Rankine Zyklus. Im Internet erhältlich unter: zuletzt besucht: 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: impact_aug2005.pdf, zuletzt besucht: Kaltschmitt, M et al. (1999) Energie aus Erdwärme, Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart. Niedersächsischer Bildungsserver Netzbelastungskurve. Im Internet erhältlich unter: learning/energietechnik/energieversorgung/bespiel-belastungskurve.html. zuletzt besucht: Quaschning V (2009) Regenerative Energiesysteme, Hanser Verlag, München. Solar Home (2010) Im Internet erhältlich unter: zuletzt besucht:

16 Fabian Homberg Load Curve Quelle: Niedersächsischer Bildungsserver 8 Anhang II: Lastmanagement

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

18 Fabian Homberg 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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