HPT Annex 50 - Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern
Kursthemen
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Herzlich Willkommen zum kostenlosen und öffentlich zugänglichen Kurs!
Die auf dieser Kursseite zur Verfügung gestellten e-Learning-Aktivitäten sind öffentlich zugänglich. Sie benötigen daher kein Nutzerkonto.
Derzeit wird der Inhalt dieser e-Learning-Aktivitäten auch als Vortrag, der im Rahmen des Weiterbildungsmoduls M04_Dimensionierung von Wärmepumpenheizungen, vorgetragen. Das genannte Weiterbildungsmodul kann einzeln gebucht oder im Rahmen der Weiterbildung K01: Planung, Errichtung und Wartung von Wärmepumpen mit Kategorie II-Zertifizierung bzw. K02: Planung, Errichtung und Wartung von Wärmepumpen besucht werden. Zu der jeweiligen Kursseite mit Kursbeschreibung, Termine und Anmeldemöglichkeiten gelangen Sie über den entsprechenden Hyperlink.
Voraussichtlich ab Beginn 2021 wird dieser Vortrag in der Langversion als halbtägige Weiterbildungsveranstaltung angeboten werden und dann unter der Bezeichnung M12_Wärmepumpen im Mehrfamilienhaus zu finden sein. Wenn Sie auf den Hyperlink klicken, kommen Sie direkt zur Kursseite, auf der Sie Informationen zur Veranstaltung finden und sich anmelden werden können (derzeit noch nicht freigeschaltet).
Im Herbst 2020 wird eine Webinar-Reihe zur Dissemination der Projektergebnisse angeboten. Die e-Learning-Aktivitäten zu den Webinaren werden auf dieser Kursseite zur Verfügung stehen.
Bei Fragen kontaktieren Sie uns bitte per Email unter weiterbildung@ait.ac.at oder telefonisch unter der Nummer +43 50550-6041.
Projekt-Beschreibung
Das gegenständliche Projekt zielt darauf ab, die Potenziale der Wärmepumpentechnologie zur Energieversorgung von Mehrfamilienhäusern darzustellen sowie zur Beseitigung bestehender Marktbarrieren beizutragen. Dabei sollen sowohl Konzepte und innovative Technologieoptionen für Wärmepumpen in renovierten und nicht-renovierten Bestandsbauten, als auch solche für Neubauten simulatorisch sowie experimentell näher untersucht werden, um die für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Lösung zu finden.
Über das vorliegende kostenlose Weiterbildungsmodul werden die Erkenntnisse und Ergebnisse aus dem Projekt den nationalen Wärmepumpenherstellern sowie Installateuren und Planern vermittelt.
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Über diesen Link gelangen Sie zur internationalen Projektwebseite des Projektes IEA HPT Annex 50.
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Über diesen Link gelangen Sie zu den best practices examples des IEA HPT Annex 50
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Diese e-Learning-Aktivität entspricht dem Vortrag, der im Rahmen des Weiterbildungsmoduls M04_Dimensionierung von Wärmepumpenheizungen u.a. im Zuge der Wärmepumpen-Weiterbildungen K01: Planung, Errichtung und Wartung von Wärmepumpen mit Kategorie II-Zertifizierung und K02: Planung, Errichtung und Wartung von Wärmepumpen gehalten wird. Für weitere Informationen zu den Weiterbildungen auf die Links klicken.
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Die Print- bzw. Download-Version des Vortrags steht hier zur Verfügung.
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Im Task 1 werden Marktstruktur, Marktteilnehmer, Produkte, verfügbare Systeme und Konfigurationen, Marktbarrieren und Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienwohnhäusern (MFH) analysiert, um daraus Potenziale für die Integration von Wärmepumpen in MFH ableiten zu können.
Zusammenfassung:
Um das bestehende bzw. in Zukunft erwartete Potenzial für die Integration von Wärmepumpen in Mehrfamilienwohnhäusern (MFH) ermitteln zu können, wurde u.a. die Entwicklung des österreichischen Endenergieverbrauchs gesamt und je Sektor ermittelt. Auf den Bereich Wohnen entfallen ca. 24 % des gesamtösterreichischen Endenergieverbrauchs (Stand 2015). Dies stellt ein signifikantes theoretisches Potenzial für Energieeinsparungen und damit verbundene Emissionseinsparungen durch innovative Wärmebereitstellungstechnologien, wie der Wärmepumpen, dar. Zur Ermittlung des technischen Potenzials des Wärmepumpeneinsatzes in MFH wurden des Weiteren die Entwicklung des Wärmepumpenmarktes bzw. der Wärmepumpentechnologie, die energiepolitischen und rechtlichen Rahmenbedingungen sowie der bestehende Gebäudebestand und dessen erwartete zukünftige Entwicklung untersucht.
Des Weiteren werden im Task 1 Bericht auch die wichtigsten politischen Rahmenbedingungen inklusive der Renovierungsrate thematisiert.
Die gesammelten Informationen wurden herangezogen, eine Abschätzung der Potentiale der Wärmepumpen durchzuführen sowie mögliche Barrieren von Wärmepumpen in MFHs aufzuzeigen. Als Einschränkungen für den Einsatz von Wärmepumpen in MFHs konnte die Beschränkung der Heizungsvorlauftemperatur auf 60 bis 70 °C festgestellt werden, was dazu führt, dass nur Gebäude mit einem Heizwärmebedarf HWB von maximal 140 kWh/m²a in Frage kommen Als mittelfristiges technisches Potenzial für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienwohngebäuden (ohne erforderlicher umfassender Sanierung) wurde daher die Größenordnung 60.000 MFHs identifiziert. -
Der Task 2.1 Country Report präsentiert verschiedene Methodiken zur Untersuchung der energetischen und ökonomischen Performanz von Wärmepumpenkombinationen mit thermischen Solaranlagen und/oder Photovoltaiksystemen.
Zusammenfassung:
Da für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern mehr Hürden bestehen als beispielsweise im Einfamilienhausbereich wird die Kombination von Wärmepumpen mit anderen erneuerbaren Energiequellen (EE) empfohlen. Leider gibt es kaum Normen und Simulationswerkzeuge, die eine Methode zur Bewertung solcher Wärmepumpenkombinationen bieten.
Ziel von Task 2.1 war es daher, Methoden zur Bewertung der Energieeffizienz von Wärmepumpenkombinationen mit einer thermischen Solaranlage und/oder einer Photovoltaik (PV)-Anlage in Mehrfamilienhäusern zu entwickeln, die dann für die weitere Normungsarbeit genutzt werden sollen. Die entwickelten Methoden basieren auf bestehenden Normen mit einer Methode auf Basis von Temperatur-BINs nach ÖNORM EN 14825 (CEN 2018) und stehen im Einklang mit der ErP-Richtlinie (2009/125/EG). Bei den Berechnungsergebnissen handelt es sich um SCOP-Werte, die direkt in die saisonale Raumheizungs-Energieeffizienzwerte (ηs) umgewandelt werden können, die die Energieeffizienzeinstufung auf dem Energielabel definieren (z. B. A+++).
Ergebnisse sind beispielsweise ein von Studierenden entwickeltes SCOP-Excel-Tool oder eine im Rahmen einer Masterarbeit durchgeführte ökonomische und ökologische Bewertung von Wärmepumpenkombinationen mit einer PV-Anlage (Masterarbeit von Schreurs 2019).
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Schallemissionen sind eines der meist diskutierten Themen beim Einsatz von Luft/Wasser-Wärmepumpen. Das Thema spielt daher nicht nur bei der Entwicklung von Wärmepumpen, sondern auch bei der Installation und dem Vertrieb an den Endkunden eine wichtige Rolle. Auch für Behörden und Gesetzgeber ist das Thema von großer Relevanz (z.B. Installationsvorschriften oder Genehmigungen).
Zusammenfassung:
Im Rahmen von akkreditierten Prüfungen von Wärmepumpen können Schallemissionen nach dem Prinzip der Schallleistungsmessung gemessen werden, um die akustische Qualität von Wärmepumpen zu beurteilen. Diese Messung gibt zwar einen Hinweis auf die akustische Qualität einer Wärmepumpe, aber wichtige Parameter (z.B. tonale Komponenten in der Schallemission), die für die psychoakustische Wahrnehmung der Schallemissionen einer Luft/Wasser-Wärmepumpe wichtig sind, bleiben unberücksichtigt. Die Methoden aus verschiedenen Forschungsprojekten wurden im Rahmen des IEA HPT Annex 51 "Acoustic Signatures of Heat Pumps" auf Wärmepumpen angewandt. Die Ergebnisse dieser Messungen werden im Task 2.2 Country Report unter besonderer Berücksichtigung der Situationen in Mehrfamilienhäusern dargestellt. Des Weiteren werden Ergebnisse aus dem EU-Forschungsprojekt "GreenHP", ein 5-Kanal-Akustikmessverfahren und das Akustik-Visualisierungstool „HVAC Positioner“, das die virtuelle Platzierung von Wärmepumpen zusammen mit akustischen Berechnungen ermöglicht, dargestellt.
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Im Task 3.1 werden optimierte Kältekreislaufkonfiguration für Luft-Wasser-Wärmepumpen für neue, sanierte und unsanierte MFH-Gebäude ermittelt und die effizienteste Konfiguration für die jeweilige Gebäudekategorie mittels dynamischer Kreislaufberechnungen in Dymola/Modelica und SCOP-Berechnungen bestimmt.
Zusammenfassung:Basierend auf den in IEA HPT Annex 50 Task 1 ermittelten Anforderungen an die Systeme für den Einsatz in den verschiedenen Mehrfamilienhauskategorien (neu, renoviert, unsaniert) wurden mögliche Kältekreislaufvarianten und geeignete Kältemittel für den Einsatz von Luft-Wasser-Wärmepumpen auf numerischer Basis untersucht.
Für die Modellierung wurden die verschiedenen Kältekreislaufvarianten unter Berücksichtigung verschiedener Kältekreislaufkonfigurationen spezifiziert und die Kältemittel R290, R410A, R134a und R1234zee für die numerischen Vergleiche ausgewählt. Die Kältemittelkreislaufvarianten wurden in der Simulationsumgebung Dymola/Modelica modelliert und mit Ergebnissen aus experimentellen Untersuchungen validiert.
Basierend auf Berechnungen der jahreszeitlichen Leistungszahl (SCOP) wurden die effizientesten Kältemittelkreislaufvarianten zusammen mit dem am besten geeigneten Kältemittel ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass für alle Anwendungen (neue, unrenovierte bestehende, renovierte bestehende MFH) die Kältemittelkreisläufe mit dem Kältemittel R290 die höchsten SCOP hatten. Insbesondere für die Anwendungen mit höheren Temperaturen führen die Kältekreislaufvarianten mit EVI zu den höchsten SCOP. Neben der Effizienz bietet R290 aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften die Möglichkeit, die Menge der Kältemittelmenge zu reduzieren.
Basierend auf den ausgewählten Kältekreislaufvarianten wurden mittels Regressionsanalyse pro Anwendungsfall Kennlinien für die Umsetzung in TRNSYS erstellt. -
Im Task 3.2 wurde ein reales Solar/Eisspeicher-Wärmepumpensystem simulationstechnisch abgebildet. Mit Hilfe des validierten Modells wurden Analysen der bestehenden Anlage durchgeführt und Optimierungspotenziale aufgezeigt.
Zusammenfassung:
Der österreichische Beitrag befasst sich mit dem Heizsystem in einem bestehenden Mehrfamilienhaus in Weiz. Das Heizsystem nutzt einen Eisspeicher und Solarkollektoren als Wärmequelle für zwei Sole/Wasser-Wärmepumpen und liefert Wärme für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung.
Im Rahmen des Task 3.2 wurde ein TRNSYS-Modell des Gesamtsystems erstellt und mit Messdaten aus Task 4 validiert. Die Qualität des Modells wurde als ausreichend genau für eine simulationsbasierte Analyse verschiedener Modifikationen des realen Systems beurteilt, z.B. Variation des Eisspeichervolumens oder/und der Solarkollektorfläche. Abschließend wurde ein theoretischer Vergleich der realisierten Systemkonfiguration mit einem System mit einer "fortschrittlichen" Luft/Wasser-Wärmepumpe durchgeführt. Das Modell der Luft/Wasser-Wärmepumpe ist ein Ergebnis der österreichischen Aktivitäten im Rahmen des Task 3.1.
Es stellte sich heraus, dass beim realen System ein gewisses Verbesserungspotential besteht. Insbesondere ein größeres Wärmequellensystem (Eisspeicher und/oder Solarkollektor) wäre im Hinblick auf Effizienz und Energieverbrauch vorteilhaft. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde bislang keine Optimierung der Hardware realisiert. -
Das über vier Jahre durchgeführte Monitoring eines Solar/Eisspeicher-Wärmepumpensystems zur Wärmeversorgung und Warmwasserbereitung in einem Mehrfamiliengebäude ermöglichte Einblicke hinsichtlich Zusammenspiel der Subsysteme und erreichbarer Effizienz. Die Daten wurden auch zur Validierung eines Simulationsmodells genutzt mit welchem weiterführende Studien i.R. des Task 3.2 durchgeführt wurden.
Zusammenfassung:
Der österreichische Beitrag im Rahmen des IEA HPT Annex 50 - Task 4 befasst sich mit der Systembeschreibung und dem Monitoring eines realisierten Solar/Eisspeicher-Wärmepumpensystems, das in einem Mehrfamilienhaus mit 10 Wohnungen in Weiz installiert ist. Das System kann in verschiedenen Modi betrieben werden, um den Raumwärme- und Warmwasserbedarf abzudecken.
Der Bericht beschreibt das Systemlayout sowie die Hauptkomponenten (Solarkollektor, Eisspeicher, Wärmepumpen) und die für das Monitoring verwendeten Messgeräte.
Nach einigen Problemen in der Anfangsphase arbeitet das System zuverlässig. Das Eisspeichervolumen wurde jedoch entsprechend dem Wärmebedarf gem. Energieausweis dimensioniert. Es stellte sich aber heraus, dass der reale Wärmebedarf für Raumheizung und Warmwasser viel höher ist, so dass der realisierte Eisspeicher zu klein ist, was zu einem elektrischen Heizbedarf während kalter Perioden führt. Darüber hinaus unterscheiden sich die Jahresarbeitszahlen (SPF) der beiden unterschiedlich großen Wärmepumpen erheblich: sie liegen zwischen 3,4 - 3,6 für die größere Wärmepumpe (Auslegungsleistung 10 kW) und zwischen 2,8 - 2,9 für die kleinere (6 kW). Die Gesamt-Jahresarbeitszahl des Systems (inkl. Strombedarf für die Heizstäbe) lag in allen untersuchten Jahren (2016 bis 2019) bei etwa 3,1.
Eine nachträgliche Modifikation der Hardware und damit eine Optimierung des Heizsystems in Weiz war aus Kostengründen nicht möglich, aber die in diesem Projekt gesammelten Informationen können zukünftig bei der Planung und Umsetzung vergleichbarer Systeme genutzt werden.
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