LEWASEF – Leistungsgeregelte Wärmepumpen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501141

Schlüsselwörter (Deutsch)

Wärmepumpe, Solarthermie, Eisspeicher, Systemintegration

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Projekt LEWASEF werden Grundlagen erarbeitet, um innovative und effiziente Wärmepumpenheizsysteme (z. Bsp. Drehzahlgeregelte Wärmepumpe mit Eisspeicher und einer Solarthermie-/Photovoltaik-Kombination) mittels Simulationen zu untersuchen und verschiedene Systeme miteinander zu vergleichen. Ziel ist, standardisierte Systeme zur Verfügung zu haben, welche die ambitionierten Anforderungen an den Klimaschutz erfüllen können.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Wärmepumpe folgt dem Lauf der Sonne" [PDF] 2'024 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Zugehörige Dokumente

• Article "La pompe à chaleur suit le cours du soleil" [PDF] 1'986 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Im Projekt LEWASEF werden drei Konzepte zur Einbindung von Wärmepumpen und Solartechnik in kleineren Wohngebäuden untersucht. In AP1 wird die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaik und Batterie untersucht, in AP2 von Solarthermie und Eisspeichern als Wärmequelle über einen Sole-Zwischenkreis und in AP3 das Potenzial von PVT-Kollektoren als Wärmequelle.
Eine statistische Auswertung der täglichen Über- und Unterproduktion der 5 kWpeak PV-Anlage in AP1 zeigt, dass eine Batteriekapazität von 3 – 7 kWh ausreicht zur Tagesspeicherung in einem Einfamilienhaus. Jahressimulationen mit einem Regler zur PV-Überschuss-Nutzung mit thermischer Überladung des Warmwasser-Speichers und der Fussboden-Heizung resultieren in einer Erhöhung des Eigendeckungsgrades von 47 auf 50%. Der Netzbezug wird somit um 1 bis 3 Prozentpunkte reduziert, die Netzeinspeisung um 1 bis 7 Prozentpunkte. Ein solcher Betriebsmodus erhöht die energetische Autarkie, verringert aber die Energieeffizienz. Labortests eines solchen Systems unter günstigen Bedingungen resultieren in einer Erhöhung der Eigennutzung von 47 auf 61% bei einem elektrischen Mehrverbrauch von 0.9 kWh/d.
Im AP2 wird Wasser als bestes Speichermedium für einen erdvergrabenen Latentspeicher identifiziert. Ein Schmelzpunkt von 0°C führt wegen der effizienten Nutzung von Erdwärme zur höchsten Systemeffizienz bei geringem Speichervolumen und erhöht die Jahresarbeitszahl um ca. 0.3 gegenüber Luft als einziger Wärmequelle. Die Vermeidung des elektrischen Aufwands für den Ventilator trägt mit einer Jahresarbeitszahldifferenz von 0.47 noch stärker zu einer guten Systemeffizienz bei und zeigt einen Ansatz zur Systemoptimierung.
AP3 zeigt, dass bei PVT-Kollektoren als direkte Wärmequelle für Wärmepumpen die thermische Leitfähigkeit im Modul sowie die Anbindung an die konvektiven Wärmegewinne entscheidend sind für eine gute Energieeffizienz. Pro 1 kW Heizleistung sollte ein UA-Wert der Kollektorfläche von 250 W/K erreicht werden.

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht - LEWASEF Leistungsgeregelte Wärmepumpenanlagen mit Solar-Eisspeicher und Fotovoltaik [PDF] 4'750 kB

Schlussbericht (Englisch)

The LEWASEF project investigates three different concepts of solar heat pump systems in smaller residential buildings. Work package AP1 investigates the realization of heat pumps combined with photovoltaics and battery; work package AP2 the further optimisation and development of heat sources connected via intermediate brine circuit as well as the application in existing buildings. Work package AP3 focussed on the combined solar heat and electricity generation with PVT-modules.
A statistical analysis of daily-accumulated surplus or shortage of own generated electricity with a 5 kWpeak PV-system in AP1 shows a battery capacity of 3 – 7 kWh sufficient for a single family house. Simulations of the system heat pump plus photovoltaics plus battery show for a whole year due to an energy management system an increase of the self-consumption from 47 to 50%. This corresponds to a reduction of the grid electricity consumption in the range of 1 to 3 percentage points, while the reduction of the grid feed in is in the range of 1 to 7 percentage points. Such control strategy increases autarky but decreases energy efficiency. Laboratory test of such system show an increase in self-consumption from 47% to 61% accompanied with an additional electrical consumption of 0.9 kWh/d.
AP2 identifies water as best medium in a buried latent heat storage. A melting point of 0°C results due to the efficient usage of ground heat to the best system efficiency compared to other melting temperatures and increases the annual efficiency by 0.3 compared to air as exclusive heat source. Avoiding the electric effort for a fan in an air source heat pump increases the annual efficiency even stronger by 0.47 and hence shows an interesting approach for system optimisation.
AP3 shows the thermal conductivity inside the module as well as the accessibility of convective heat gains as key efficiency factors for PVT-collectors as direct heat source for a heat pump. For a good energetic efficiency, an UA-value of 250 W/K for the absorber area shall be reached per 1 kW heating capacity.