HPPVT40 – Entwicklung eines Wärmepumpen-Kompaktspeichersystems mit PVT-Integration

Laufzeit: 01/2022 - 12/2024
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Projektträger Jülich (PTJ)
Kooperationspartner: Dipl.-Ing. (FH) Elke Seidel e.K., INO made by BARTL, res – regenerative Energietechnik und -systeme GmbH, goodmen energy
Projektfokus:  
Beispiel für ein 2-Speicherkonzept mit einer Wärmepumpe im Sommerfall. Variante 1: Einbindung PVT Vorlauf in oberen Speicher und serielle Verschaltung beider Speicher.
© Fraunhofer ISE
Beispiel für ein 2-Speicherkonzept mit einer Wärmepumpe im Sommerfall. Variante 1: Einbindung PVT Vorlauf in oberen Speicher und serielle Verschaltung beider Speicher.
Beispiel für ein 2-Speicherkonzept mit einer Wärmepumpe im Sommerfall.Variante 2: PVT Einbindung in nur einen Speicher.
© Fraunhofer ISE
Beispiel für ein 2-Speicherkonzept mit einer Wärmepumpe im Sommerfall.Variante 2: PVT Einbindung in nur einen Speicher.

Wärmepumpen leisten bei der Dekarbonisierung im Gebäudesektor einen maßgeblichen Beitrag, um die klimapolitischen Ziele der Bundesregierung zu erreichen. Neben Luft- und Erdwärmepumpen, die im Ein- und Zweifamilienneubau Stand der Technik sind, werden für Bestandsgebäude und in Gebieten, in denen diese Umgebungswärmequellen nicht in ausreichendem Maß verfügbar sind, auch andere Systemvarianten untersucht. Darunter sind insbesondere PVT-Kollektoren, die sowohl Strom als auch (Niedertemperatur-) Wärme bereitstellen können, eine vielversprechende Option. Dieser Ansatz wird im Projekt HPPVT40 am Fraunhofer ISE gemeinsam mit drei KMU untersucht.

Ziel des Vorhabens ist es, ein System aus einer Wärmepumpe, Speichern und PVT-Kollektoren zu entwickeln, so dass Energie und Kosten deutlich eingespart werden können, denn die Verbundpartner wollen eine effiziente, kompakte und über den Lebenszyklus kostengünstige Lösung für Bestandsgebäude anbieten können. Um dies zu erreichen, sollen der Wärmepumpenkreis und die Kollektoren thermodynamisch effizienter in die Speicherarchitektur integriert werden und die Systemsteuerung komponentenübergreifend funktionieren. Zentrale Transferprozesse sind dabei das Einspeisen über PVT, Auskoppeln direkter Nutzwärme bzw. Kälte (im Sommer) und die Auskoppelung von Wärme für den Wärmepumpenkreis. Eine Effizienzsteigerung in der Trinkwassererwärmung von bis zu 30 Prozent kann erreicht werden, indem die wärmeabführenden und -aufnehmenden Bauteile (Verdampfer/ Kondensator) des Kältekreises unter Einbindung der PVT-Kollektoren geschickt mit den Speichertemperaturniveaus kombiniert werden. Auch für den Heizbetrieb sind, durch die Nutzung eines speicherintegrierten Kondensators, Steigerungen von bis zu 10 Prozent zu erwarten. Das genaue Potenzial, das sich aus einer geschickten Kombination und Regelung der Komponenten ergibt, soll im Projekt erschlossen werden. Die technisch-innovative Umsetzung des Konzepts und der Nachweis des Effizienzpotenzials sollen zunächst auf Laborebene erfolgen, hierfür ist die Integration der Wärmeübertrager in die Speicher geeignet umzusetzen und zu validieren. Für die optimale Integration ist die Entwicklung eines deutlich kältemittelreduzierten und sicheren Designs für Kältemittel mit geringem Treibhausgaspotenzial erforderlich. Die Wärmepumpen-Speicherlösung wird in einem nächsten Schritt mit dem PVT-System gekoppelt, in einem Funktionsmuster an einem realen Standort installiert und mit einem geeigneten Regelungskonzept betrieben. Die Betriebsdaten werden detailliert erfasst und ausgewertet. Ziel der Auswertung ist die weitere Optimierung der Regelung und der abschließende Nachweis der Effizienzsteigerung nicht nur im Labor, sondern auch in einer realen Anwendung. Ergänzend wird das Potenzial des Ansatzes unter Berücksichtigung der Möglichkeit zur Kältebereitstellung auch für andere Anwendungen (MFH, Gewerbe) ausgelotet.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

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Wärmepumpen

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Betriebsführung von Gebäuden

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Energieeffiziente Gebäude