Ein PVT-Wärmepumpensystem

Systemvalidierung aus zwei Jahren Praxiserfahrung
Wärmeübertragungsvermögen des „Solink“-PVT-Kollektors Grafik: IGTE
Wärmeübertragungsvermögen
des „Solink“-PVT-Kollektors zur Umgebung für monatlich gemittelte Windgeschwindigkeiten am Standort Würzburg:durchgezogene Linien: Windgeschwindigkeit nach Wetterdaten, in 10 m Höhe und gestrichelte Linien: Windgeschwindigkeit umgerechnet auf Kollektorebene (Paralleldach), in Anlehnung an [5] abgeschätzt mit einem Windkorrekturfaktor von 0,5.
Grafik: IGTE
Im Monitoring betreute „Solink“-Anlage mit 40 m² PVT-Kollektorfläche und ... Foto: IGTE
Im Monitoring betreute „Solink“-Anlage mit 40 m² PVT-Kollektorfläche und ...
Foto: IGTE
... Komponenten (Kombispeicher, Wärmepumpe und Eisspeicher). Foto: IGTE
... Komponenten (Kombispeicher, Wärmepumpe und Eisspeicher).
Foto: IGTE
Aufgeständerte Kollektormontage bei der untersuchten Anlage: das geschlossene Aufständerungsprofil (Oberkante Kollektor) behindert die rückseitige Luftzirkulation Foto: IGTE
Aufgeständerte Kollektormontage bei der untersuchten Anlage: das geschlossene Aufständerungsprofil (Oberkante Kollektor) behindert die rückseitige Luftzirkulation
Foto: IGTE
Validierung der Systemsimulation anhand von Messdaten des Monitorings: gute Übereinstimmung des thermischen Kollektorertrags mit entsprechend angepassten Kenndaten (gelb). Größere Abweichungen im PV-Ertrag (blau) gibt es nur zu Zeiten mit Schneebedeckung der Kollektoren – ein geeigneter Speicher für die Schneeabrutschfunktion ist in dieser Anlage noch nicht integriert. Grafik: IGTE
Validierung der Systemsimulation
anhand von Messdaten des Monitorings: gute Übereinstimmung des thermischen Kollektorertrags mit entsprechend angepassten Kenndaten (gelb). Größere Abweichungen im PV-Ertrag (blau) gibt es nur zu Zeiten mit Schneebedeckung der Kollektoren – ein geeigneter Speicher für die Schneeabrutschfunktion ist in dieser Anlage noch nicht integriert.
Grafik: IGTE
Monatliche Auswertung der System-Arbeitszahlen ohne (SAZ) und mit Berücksichtigung des PV-Direktverbrauchs (SAZ_PVT), der Einstrahlungssumme in Kollektorebene (Q_str(40m²)), der mittleren Umgebungstemperatur* (T_Aussen*), der mittleren Kollektor-Austrittstemperatur im Solar-Betrieb (T_Koll_aus) und der mittleren Verdampfer-Austritts­temperatur im WP-Betrieb (T_Verd_aus). Ab September 2018 zusätzlich der mittlere Taupunkt der Umgebungsluft (T_tau).*  Ab September 2018 wurde die Umgebungstemperatur zusätzlich zu dem Außen-Wandfühler in Bodennähe auch auf dem Dach erfasst; für die Auswertung wurde der Minimalwert der beiden Temperaturfühler verwendet. Grafik: IGTE
Monatliche Auswertung
der System-Arbeitszahlen ohne (SAZ) und mit Berücksichtigung des PV-Direktverbrauchs (SAZ_PVT), der Einstrahlungssumme in Kollektorebene (Q_str(40m²)), der mittleren Umgebungstemperatur* (T_Aussen*), der mittleren Kollektor-Austrittstemperatur im Solar-Betrieb (T_Koll_aus) und der mittleren Verdampfer-Austritts­temperatur im WP-Betrieb (T_Verd_aus). Ab September 2018 zusätzlich der mittlere Taupunkt der Umgebungsluft (T_tau).*  Ab September 2018 wurde die Umgebungstemperatur zusätzlich zu dem Außen-Wandfühler in Bodennähe auch auf dem Dach erfasst; für die Auswertung wurde der Minimalwert der beiden Temperaturfühler verwendet.
Grafik: IGTE
Monatliche Auswertung der Stromquellen und -senken des „Solink“-Systems: PV-Ertrag (Wel_PV) und berechneter Netzbezug (Wel_Netzbezug), Stromverbrauch von Wärmepumpe (Wel_WP) und Elektroheizstab (Wel_Estab), Stromverbrauch für zusätzliche Pumpen und Ventile (Wel_Periph) sowie berechnete Netzeinspeisung (Wel_PV_Einsp) Grafik: IGTE
Monatliche Auswertung
der Stromquellen und -senken des „Solink“-Systems: PV-Ertrag (Wel_PV) und berechneter Netzbezug (Wel_Netzbezug), Stromverbrauch von Wärmepumpe (Wel_WP) und Elektroheizstab (Wel_Estab), Stromverbrauch für zusätzliche Pumpen und Ventile (Wel_Periph) sowie berechnete Netzeinspeisung (Wel_PV_Einsp)
Grafik: IGTE
Monatlich verbleibender Netzbezug des „Solink“-Referenz-Heizsystems (28 m² Kollektorfläche, Wärmepumpe mit Leistungsregelung zwischen 30 und 100 %) für unterschiedliche Varianten von Wärmepumpenbetrieb und Lastverschiebung Grafik: IGTE
Monatlich verbleibender Netzbezug
des „Solink“-Referenz-Heizsystems (28 m² Kollektorfläche, Wärmepumpe mit Leistungsregelung zwischen 30 und 100 %) für unterschiedliche Varianten von Wärmepumpenbetrieb und Lastverschiebung
Grafik: IGTE
Hydraulikschema einer „Solink“-Anlage mit Dreiwegemischventil MSole zur Eintrittstemperaturbegrenzung an der Wärmepumpe und Anschlüssen an einen Wärmetauscher im unteren Bereich des Kombispeichers für Enteisungs- und Schneeabrutschfunktion. Die dafür notwendigen Armaturen sind Bestandteil der „Solink“-Hydraulikgruppe. Grafik: Consolar
Hydraulikschema
einer „Solink“-Anlage mit Dreiwegemischventil MSole zur Eintrittstemperaturbegrenzung an der Wärmepumpe und Anschlüssen an einen Wärmetauscher im unteren Bereich des Kombispeichers für Enteisungs- und Schneeabrutschfunktion. Die dafür notwendigen Armaturen sind Bestandteil der „Solink“-Hydraulikgruppe.
Grafik: Consolar
„Solink“-Anlage mit Schnee; die Rückseite mit der Wärmeübertragungsfläche zur Luft ist frei. Foto: Ruoff Energietechnik
„Solink“-Anlage mit Schnee; die Rückseite mit der Wärmeübertragungsfläche zur Luft ist frei.
Foto: Ruoff Energietechnik
Beispiele unterschiedlicher Ausführungen von realisierten Anlagen Foto: Architekturbüro Hölzle
Beispiele unterschiedlicher Ausführungen von realisierten Anlagen
Foto: Architekturbüro Hölzle
Fotot: Consolar
Fotot: Consolar
Foto: Ruoff Energietechnik
Foto: Ruoff Energietechnik
Foto: Consolar
Foto: Consolar

PVT-Wärmepumpenkollektoren stellen neben Luft und Erdreich eine neue alleinige Wärmequelle für Wärmepumpen dar: Durch die kombinierte Nutzung von Umwelt­wärme und solarer Abwärme von PV-Modulen wird eine Versorgung ohne Bedarf an Erdsonden oder Niedertemperaturspeichern ermöglicht und dies bei höheren mittleren Tem­peraturen als dies bei einer Luft-Wärmepumpe der Fall ist.

Einleitung, Hintergrund, Motivation

Um die Dekarbonisierung der Ener­gie­versorgung für Heizung und Warmwasser zu erreichen, wird davon ausgegangen, dass neben einer deutlichen Reduzierung des Wärmebedarfs durch Gebäudesanierung sowie passiver und aktiver Solarwärmenutzung elektrisch betriebene Wärmeerzeuger – sprich Wärmepumpen – zukünftig in gro­ßem Maße eingesetzt werden [1]. Damit – insbesondere in Verbindung mit der Mobilitätswende – der hierdurch steigende Bedarf an elektrischer Energie nicht den Zuwachs an erneuerbar erzeugtem Strom übersteigt, sind Systeme nötig, die zum einen deutlich...

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tab 1-2/2020

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Heizung | Heizkörperaustausch – Optimierung von Wärmepumpenanlagen  36
MSR | Herausforderungen der Druckhaltung – Change-over-Systeme  49
Brandschutz | Brandschutzkonzept – Studentenwohnheim in Holzmodulbauweise 52
Produkte Spezial | Sanitär 24
Produkte Spezial | TGA-Software 28


Titelbild: Mit dem Leckageschutz-Ventil erweitert Schell, Olpe, sein Wassermanagementsystem
„SWS“ und kombiniert so Trinkwassergüte durch Hygienespülungen mit dem Leckageschutz.

Ressort:  Fachbeiträge
Abonnement Inhaltsverzeichnis

Ulrich Leibfried 1), Stephan Fischer 2), Sebastian Asenbeck 2) 

1) Consolar Solare Energiesysteme, 79539 Lörrach, 2) Universität Stuttgart, Institut für Gebäudenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE), 70550 Stuttgart

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