WPVT-Freeze

Moderne Raum-Heizsysteme kombiniert mit Wärmepumpen bieten ein großes Potential zur Energieeinsparung im Gebäudebereich. Als Wärmequelle für die Wärmepumpe werden bislang meist Erdsonden oder Außenlufteinheiten eingesetzt. Die jeweilige Technologie hat ihre Vor- und Nachteile.

Der Einsatz von PVT-Kollektoren bietet die Chance die vorhandene (Dach-)Fläche zur Nutzung von Stromerzeugung, sowie als Quelle der Wärmepumpe zu dienen.

Bislang wurden PVT-Kollektoren meist nur im Bereich bis 0°C eingesetzt. Ein erweiterter Betriebstemperaturbereich bis -25°C bietet zusätzlich die Nutzung von Latentenergie durch Kondensation und Vereisung.

Durch realen Betrieb eines PVT-Wärmepumpensystem, mit PVT-Modulfeld als einzige Wärmequelle wurde nachgewiesen, die vorgegebenen Lasten (23 Zapfungen Trinkwarmwasser nach ErP, sowie einer Winterheizlast von 65 kwh/d) nahezu vollständig gedeckt werden kann.

Optimierungspotential wurde identifiziert und wurde vom Projektpartner PA-ID in neuen Konzepten umgesetzt.

Potentialabschätzung von Kondensation und Vereisung wurden auf Basis der Theorie berechnet, sowie Häufigkeitssimulationen durchgeführt. Messungen in der Klimakammer zur energetischen Nutzung von Kondensation und Vereisung zeigten mögliche Energiegewinne von 10-15%.

Auf Basis von vorangegangen wissenschaftlichen Arbeiten wurde die bestehende Kollektormodellgleichung erweitert, um Effekte wie Kondensation und Vereisung abbilden zu können.

Umfangreiche Vermessungen von PVT-Modulen wurden durchgeführt, um den erweiterten Modellansatz zu validieren. Die vorhandene Modellerweiterung reicht jedoch noch nicht aus, um die zuvor genannten Effekte zufriedenstellend zu beschreiben.

Durch Simulationen mittels der Software Polysun konnte gezeigt werden, dass die Erweiterung des Betriebstemperaturbereichs der PVT-Kollektoren bis -20°C einen zusätzlichen Energiegewinn von rund 30% möglich ist. Hier sind die Latentenergiegewinne durch Kondensation und Vereisung enthalten.