MultiSource – Mehrquellen-Wärmepumpensysteme für den monovalenten Wärmeerzeugerersatz

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502880

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Aufbauend auf vielversprechenden Ergebnissen der Kombination von Aussenluft und Erdsonden im Projekt HP Source werden in diesem Projekt alternative Wärmequellenkombinationen zur Überwindung von Einschränkungen beim Heizungsersatz entwickelt, z.B. für den Fall, dass Erdsonden nicht möglich sind. Ziel ist die Erarbeitung von Planungsgrundlagen für günstige Quellenkombinationen hinsichtlich Integration, Auslegung und Regelung mittels Simulation. Durch Implementierung und Monitoring in einer realen Pilotanlage werden die Parametervariationen verifiziert, wodurch fundierte Aussagen zum realen Betriebsverhalten und der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu anderen bivalenten Lösungen getroffen werden sowie ein Best Practice System dokumentiert wird. Durch Wissenstransfer kann aufgrund des hohen Multiplikationspotenzials von Mehrquellensystemen für den Heizungsersatz, insbesondere bei dichter Bebauung im städtischen Umfeld, ein Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudebestands geleistet werden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Based on the promising results of combining outside air and geothermal probes in the HP Source project, this project is developing alternative heat source combinations to overcome restrictions when replacing heating systems, e.g. in the event that geothermal probes are not possible. The aim is to develop a planning basis for favorable source combinations in terms of integration, design and control using simulation. By implementing and monitoring a real pilot system, the parameter variations are verified, enabling well-founded statements to be made about real operating behavior and economic efficiency in comparison to other bivalent solutions, as well as documenting a best practice system. Through knowledge transfer, a contribution can be made to the decarbonization of the building stock due to the high multiplication potential of multi-source systems for heating replacement, especially in dense urban environments.

Kurzbeschreibung (Französisch)

En se basant sur les résultats prometteurs de la combinaison de l'air extérieur et des sondes géothermiques dans le projet HP Source, ce projet développe des combinaisons alternatives de sources de chaleur pour surmonter les restrictions lors du remplacement du chauffage, par exemple dans le cas où les sondes géothermiques ne sont pas possibles. L'objectif est d'élaborer des bases de planification pour des combinaisons de sources favorables en termes d'intégration, de conception et de régulation au moyen de simulations. Les variations de paramètres sont vérifiées par la mise en œuvre et le suivi dans une installation pilote réelle, ce qui permet de tirer des conclusions fondées sur le comportement opérationnel réel et la rentabilité par rapport à d'autres solutions bivalentes, et de documenter un système de bonnes pratiques. Grâce au transfert de connaissances, il est possible de contribuer à la décarbonisation du parc immobilier en raison du potentiel élevé de multiplication des systèmes multi-sources pour le remplacement du chauffage, en particulier dans les zones urbaines à forte densité de construction.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Das Projekt MultiSource untersucht die Kombination von Wärmequellen anhand von Simulationen und einer P&D Anlage. Schwerpunkt ist dabei die Überwindung von Quelleneinschränkungen für Wärmepumpen im höheren Leistungsbereich ab 50 kW, wie sie insbesondere beim Wärmeerzeugerersatz in dicht bebauter Umgebung auftreten können. Projektziel ist die Ableitung von Planungsempfehlungen zu Systemintegration, Auslegung und Regelung von Multiquellensystemen auf Grundlage der Simulationsuntersuchungen und der praktischen Erprobung an einer P&D-Anlage mit Messungen über zwei Heizperioden, um ein Best-Practice System zu dokumentieren. Schwerpunkt des ersten Jahres war die Identifikation eines P&D Objektes und die Auswahl eines geeigneten Mehrquellensystems zur Überwindung von Einschränkungen. Dafür wurde eine Literatur- und Marktrecherche insbesondere zu oberflächennahen Erdkollektoren durchgeführt, da dies System für die Pilotanlage in Verbindung mit Aussenluft vorgesehen ist. Darauf aufbauend wurde ein Modell für die Simulationsumgebung Matlab-Simulink implementiert, das zurzeit validiert wird. Die unterschiedlichen Quellen wurden hinsichtlich verfügbarer Planungsdaten charakterisiert und mögliche Quellenkombinationen systematisch in einer Matrix zusammengestellt und bewertet. Als nächste Schritte werden die Quellenkombination konsolidiert und eine Auswahl vielversprechender Systeme für die weitere Untersuchung definiert. Im Anschluss werden Systemmodelle entwickelt und Parametervariation zu Integration, Auslegung und Regelung durchgeführt. Parallel wird die Pilotanlage geplant und im Jahr 2026 installiert, sodass in der Heizperiode 26/27 die ersten Messungen durchgeführt werden können.

Zugehörige Dokumente

• Zwischenbericht 2026_deutsch [PDF] 3'317 kB

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

The MultiSource project investigates the combination of heat sources using simulations and a P&D plant. The focus is on overcoming source restrictions for heat pumps in the higher output range above 50 kW, which can occur when replacing heat generators in densely built-up areas. The project objective is to derive planning recommendations for system integration, design and control of multi-source systems based on simulation studies and practical testing on a P&D system with measurements over two heating periods to document a best-practice system. The focus of the first year was on identifying a P&D object and selecting a suitable multi-source system to overcome limitations. To this end, literature and market research was conducted, particularly on nearsurface ground collectors, as this system is intended for the pilot plant in conjunction with outside air. Based on this, a model for the Matlab-Simulink simulation environment was implemented, which is currently being validated. The different sources were characterized in terms of available planning data, and possible source combinations were systematically compiled and evaluated in a matrix. The next steps will be to consolidate the source combinations and define a selection of promising systems for further investigation. System models will then be developed and parameter variations for integration, design and control will be carried out. At the same time, the pilot plant will be planned and installed in 2026 so that the first measurements can be accomplished in the 26/27 heating period.

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Le projet MultiSource étudie la combinaison de sources de chaleur à l'aide de simulations et d'une installation P&D. L'accent est mis sur la suppression des restrictions liées aux sources pour les pompes à chaleur dans la plage de puissance supérieure à 50 kW, telles qu'elles peuvent notamment survenir lors du remplacement de générateurs de chaleur dans des environnements densément bâtis. L'objectif du projet est de formuler des recommandations de planification pour l'intégration, la conception et la régulation de systèmes à sources multiples sur la base d'études de simulation et d'essais pratiques sur une installation P&D avec des mesures sur deux périodes de chauffage, afin de documenter un système de bonnes pratiques. La première année a été consacrée à l'identification d'un objet P&D et à la sélection d'un système multisources approprié pour surmonter les contraintes. À cette fin, une recherche documentaire et une étude de marché ont été menées, en particulier sur les collecteurs géothermiques proches de la surface, car ce système est prévu pour l'installation pilote en combinaison avec l'air extérieur. Sur cette base, un modèle a été mis en oeuvre pour l'environnement de simulation Matlab-Simulink, qui est actuellement en cours de validation. Les différentes sources ont été caractérisées en fonction des données de planification disponibles et les combinaisons de sources possibles ont été systématiquement compilées et évaluées dans une matrice. Les prochaines étapes consistent à consolider les combinaisons de sources et à définir une sélection de systèmes prometteurs pour une étude plus approfondie. Ensuite, des modèles de systèmes seront développés et des variations de paramètres seront effectuées en matière d'intégration, de conception et de régulation. En parallèle, l'installation pilote sera planifiée et installée en 2026, afin que les premières mesures puissent être effectuées pendant la période de chauffage 26/27.