IEA-HPP Annex 32: Ökonomische Heiz- und Kühlsysteme für Niedrigenergiehäuser

Der Annex 32 "Ökonomische Heiz- und Kühlsysteme für Niedrigenergiehäuser" befasst sich mit unterschiedlichen integrierten Wärmepumpensysteme für Heizungs- und Kühlsystemen für Niedrigenergie- und Passivhäuser.

Title and Synopsis

IEA -HPP Annex 32: Economical heating and cooling systems for low energy houses

The Annex 32 "Economical heating and cooling systems for low energy houses" embraces different integrated heat pump systems for heating and cooling systems for low energy and passive houses.


Beschreibung

Das Ziel des IEA HPP Annex 32 "Economical heating and cooling systems for low energy houses" war es, unterschiedliche Anlagenkonfigurationen von integrierten Wärmepumpensystemen mit den zugehörigen Wärme-Quellen bzw. -Senken und den Heizungs- bzw. Kühlsystemen für Niedrigenergie- und Passivhäuser zu untersuchen. Es sollen Systemkonfigurationen identifiziert werden, mit denen die Funktionen Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung mit minimalem Energieeinsatz realisiert werden können, wobei sowohl Kosten- als auch Komfortkriterien berücksichtigt werden sollen.

In Rahmen der Teilnahme am Annex 32 wurde am Institut für Wärmetechnik eine integrierte Wärmepumpe mit den Funktionen Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung für den Einsatz in Niedrigenergiehäusern entwickelt.

Im ersten Teil des Projekts wurden unterschiedliche Ansätze für integrierte Wärmepumpensysteme detailliert anhand von Simulationen des Kältemittelkreislaufs analysiert. Dabei wurde ein Vergleich der definierten Systeme bei unterschiedlichen Betriebsarten und Randbedingungen mit verschiedenen Kältemitteln angestellt.

Als Ergebnis dieser Arbeiten wurde im Rahmen eines Workshops entschieden, die weiteren Untersuchungen im Projekt auf eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit dem Kältemittel R744 (CO2) in Verbindung mit einer Warmwasserheizung zu konzentrieren.

Im Labor des Instituts wurde ein Prototyp einer solchen Anlage realisiert, der mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet wurde. Im Rahmen eines extensiven Messprogramms wurde der Prototyp bei unterschiedlichen Randbedingungen und verschiedenen Betriebsarten analysiert. Ein im Projekt entwickeltes stationäres Simulationsmodell wurde anhand der gemessenen Daten angepasst und verifiziert.

Mit Hilfe des entwickelten stationären Simulationsmodells wurden Leistungs-Kennfelder für die verschiedenen Betriebsarten der integrierten Wärmepumpe erstellt. Mit Hilfe dieser Kennfelder wurde ein Modell der Wärmepumpe für die Simulationsumgebung TRNSYS programmiert. Dieses ermöglicht eine sehr schnelle Berechnung der Leistung bzw. des COP der Wärmepumpe bei unterschiedlichen Betriebszuständen.

Das Gesamtsystem bestehend aus der integrierten Wärmepumpe, einem Pufferspeicher, einer Fußbodenheizung als Wärmeabgabesystem, einem Sole-Erdreich-Kollektor als Wärmequelle und einem Niedrigenergiegebäude wurde in TRNSYS detailliert abgebildet. Mit dem erstellten System-Modell wurden dynamische Gebäude- und Anlagensimulationen durchgeführt.

Die Ergebnisse der Simulationen, die mit einem Niedrigenergiehaus mit einem Heizwärmebedarf von 40 kWh/m²a für ein mittleres Klima der Stadt Graz durchgeführt wurden, zeigen, dass unter den getroffenen Annahmen mit dem entwickelten Konzept alle geforderten Funktionen einer integrierten Wärmepumpe (Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung) vollständig abgedeckt werden können. Die Simulation ergibt für die untersuchte Anlage eine System-Jahresarbeitszahl (Gesamt-Nutzenergie im Verhältnis zur Leistungsaufnahme von Kompressor und Solepumpe) von ca. 3,2.

Optimierungpotentiale zur Verbesserung der Effizienz bestehen zum Einen noch beim Kältemittelkreislauf (Kompressor, Ejektorschaltung) und zum Anderen bei der Systemverschaltung (Speichereinbindung, Regelung etc.).


Teilnehmende Staaten

Deutschland, Japan, Kanada, Niederlande, Norwegen, Österreich, Schweden, Schweiz, USA


Status

abgeschlossen

Projektstart: 1. Jänner 2006
Projektende: 31. Dezember 2009


Publikationen

IEA Wärmepumpenprogramm Annex 32

Ökonomische Heiz- und Kühlsysteme für Niedrigenergiehäuser
Schriftenreihe 23/2010 A. Heinz, R. Rieberer , Herausgeber: bmvit
Deutsch, 75 Seiten

Downloads zur Publikation

Die Schriftenreihe "Berichte aus Energie- und Umweltforschung" des BMVIT dient der Veröffentlichung von neuen, ausführlichen Expertisen, Forschungsergebnissen und Tagungsbänden aus dem Bereich nachhaltiger Energie- und Umwelttechnologien.

weitere Publikationen

Presentation of IEA-HPP Annex 32 at the Annex 32 Workshop (Nuremberg, September 29th 2011)

Field monitoring of multifunctional heat pumps in low energy houses:


Kontaktadresse

Projektleiter

Ao.Univ.-Prof. René Rieberer
Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik
Inffeldgasse 25/B
8010 Graz

Projektmitarbeiter

Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik:

  • Dr. Andreas Heinz
  • Stefan Bernhard (Sept. 2007 - Jan. 2008)
  • Julien Lequenne (Mar. 2008 - Aug. 2008)
  • Patrick Hauser (Sept. 2008 - Sept. 2009)

Unterstützung durch:

Dr. Klaus Martin (Nov. 2008 - Feb. 2009)
Virtuelles Fahrzeug
Inffeldgasse 21A
A-8010 Graz, Austria


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