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1 Fabian Homberg 27.07.101
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 Grundlagen Solarkollektor
dot dot p out inQ m c T T Quelle: Quaschning V (2009)
3 Fabian Homberg 27.07.10
2 Grundlagen Wärmepumpe
1 2
34
1
1 2Carnot
TCOP
T T
Quelle: Forsen M (2007)
Quelle: Academic.ru (2010)
4 Fabian Homberg 27.07.10
2 Zusammenfassung der Grundlagen
Wärmepumpe Solarkollektor
dot dot p out inQ m c T T 1
1 2Carnot
TCOP
T T
1. => Je größer Tout desto
größer Qdot
2. => Je größer Tin desto
kleiner Qdot
3. => Je größer ΔT desto
größer Qdot
1. => Je größer T1 desto
kleiner der COP
2. => Je größer T2 desto
größer der COP
3. => Je kleiner ΔT desto
größer der COP
5 Fabian Homberg 27.07.10
3 Synergieeffekte
Wärmepumpe Solarkollektor
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
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
4 Erdsondenverlegung
8 Fabian Homberg 27.07.10
4 Solarkollektor und Verschaltung
9 Fabian Homberg 27.07.10
4 Hydraulik1
10 Fabian Homberg 27.07.10
4 Hydraulik2
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5 Simulationsergebnisse
Hydraulik 1 Hydraulik 2
12 Fabian Homberg 27.07.10
5 Simulationsergebnisse
Ergebnisse 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 3,4
Energieeinsparung
Sol.
1106 kWh 372 kWh
Solarer Deckungsgrad 7,4 % 2,6 %
CO2-Einsparung 18318 kg 17657 kg
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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
14 Fabian Homberg 27.07.10
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
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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
1 - Load Curve
Quelle: Niedersächsischer Bildungsserver
8 Anhang II: Lastmanagement
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8 Anhang III: Grundlagen Wärmepumpe
Quelle: Kaltschmitt, M et al. (1999)
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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
auxcol
colinsol QQ
Qf
,
1solaux
sav fosaux
Qf
Q