Kopplung einer Solarthermieanlage mit einer Wärmepumpe zur Heizung eines Mehrfamilienhauses in Lettland Einleitung Grundlagen Wärmepumpe und Solarkollektor Synergieeffekte Hydraulik Simulationsergebnisse Fazit Zusammenfassung Anhang/ Quellen 1 1

2 Grundlagen Solarkollektor Quelle: Quaschning V (2009)

2 Grundlagen Wärmepumpe 1 2 Quelle: Forsen M (2007) Quelle: Academic.ru (2010) 4 3

2 Zusammenfassung der Grundlagen Wärmepumpe Solarkollektor => Je größer T1 desto kleiner der COP => Je größer T2 desto größer der COP => Je kleiner ΔT desto größer der COP => Je größer Tout desto größer Qdot => Je größer Tin desto kleiner Qdot => Je größer ΔT desto größer Qdot

Wärmepumpe Solarkollektor 3 Synergieeffekte 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)

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)

4 Erdsondenverlegung

4 Solarkollektor und Verschaltung

4 Hydraulik1

4 Hydraulik2

5 Simulationsergebnisse Hydraulik 1 Hydraulik 2

5 Simulationsergebnisse Hydraulik 1 Hydraulik 2 Gesamtenergieverbr. 47558 kWh 47880 kWh Stromverbrauch WP 13779 kWh 14149 kWh Brennstoff + Strom 14467 kWh 15072 kWh Entzugsenergie Sonde 32855 kWh 34054 kWh Jahresarbeitszahl 3,4 Energieeinsparung Sol. 1106 kWh 372 kWh Solarer Deckungsgrad 7,4 % 2,6 % CO2-Einsparung 18318 kg 17657 kg

6 Fazit Das Kombisystem kann enorme Mengen an CO2 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

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

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.

8 Anhang II: Lastmanagement 1 - Load Curve Quelle: Niedersächsischer Bildungsserver

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

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