​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Vergleich von Wärmepumpensystemen in Hinblick auf deren hydraulische Verschaltung und Speichereffizienz

Ansprechpartner: Maximilian Kampmann

Laufzeit: 01/2026 – 12/2029

Fördergeber: öffentlich finanziert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt

Partner: Technische Hochschule Rosenheim, Hoval AG, LINK3 GmbH, Sailer GmbH, SPF Institut für Solartechnik, Falko Schling / Bonotos

Kurzbeschreibung:

Warmwasser (WW)-Speicher werden im Gebäudesektor in Kombination mit Wärmepumpen (WP) verwendet, um Trinkwarmwasser zu speichern und den Trinkwarmwasserbedarf von der Wärmeleistung der Wärmepumpe zu entkoppeln. Auch für Raumheizungssysteme ist insbesondere bei fehlender Möglichkeit zur Leistungsregelung der WP ein Puffer-Wärmespeicher von Vorteil, um häufiges Takten mit Effizienzeinbußen zu verhindern und die Lebensdauer der WP zu erhöhen. Außerdem ist dieser bei einer Luft-Wasser-WP fast immer zur Bereitstellung der Abtauenergie bei niedrigen Außenlufttermperaturen um den Nullpunkt und darunter nötig.

Derzeit ist die gängige Kennziffer zur Bewertung der Effizienz von Wärmespeichern in Deutschland und der Europäischen Union der Warmhalteverlust des Speichers. Da bei Wärmepumpen die Effizienz erheblich von der bereitzustellenden Temperatur abhängt, spielen aber die Temperatur-Schichtungsverluste eine weitaus wichtigere Rolle als die Wärmeverluste eines Speichers. Diese fallen umso höher aus, je stärker sich das Speicherwasser im Betrieb durchmischt. Die Schichtungseffizienz des Speichers spielt damit eine zentrale Rolle für den Stromverbrauch der WP.
Daneben beeinflussen Einstellungen, wie Durchflüsse im System, Zeitfenster zum WP-Betrieb, Übertemperaturen, die in den Speichern vorgehalten werden, unterschiedliche hydraulische Einbindungen der Speicher sowie verschiedene Arten der Heizungsregelung die Effizienz des Systems.
Für Planer und Installateure ist häufig unklar, wie sich verschiedene Speichertypen (z.B. Kombispeicher, Schicht-Wärmespeicher oder getrennte Speicher), und unterschiedliche hydraulische Einbindungen auf den Strombedarf und damit die Wirtschaftlichkeit des Systems auswirken. Diese Umstände haben zur Folge, dass häufig die preiswerteste Technik verbaut wird und WPs häufig mit unnötig hohen Stromverbräuchen laufen. Das stellt eine Klimabelastung, eine Belastung für das Stromnetz und schlussendlich eine wirtschaftliche Belastung für den Betreiber dar.
 
Als Lösungsansatz soll eine für Planung und Vergleichsrechnungen nutzbare Kennziffer hergeleitet werden, bspw. ein aus Schichtungsverlusten resultierender Mehr-Stromverbrauch der WP. Außerdem sollen verschiedene Regelungskonzepte für WP-Systeme ausgearbeitet und die Einflüsse verschiedener hydraulischer und regelungstechnischer Systemmerkmale auf die Systemeffizienz experimentell und simulativ ermittelt werden.
 
Hierzu werden Aspekte eines effizienten Speicherbeladungsmanagements (HSD) und Regelungskonzepte für eine energieeffiziente Raumwärmeversorgung ausgearbeitet (TH Rosenheim). Die Arbeit zielt darauf ab, Handwerkern und Planern eine nachvollziehbare und anforderungsgerechte Planung und Einstellung von WP-Systemen zu erleichtern und die fehlerhafte Einbindung und fehlerhaftes Beladungsmanagement von Speichern zu verhindern. Bei Erreichen der Projektziele können maßgebliche Mengen an Strom eingespart werden, sowohl in jeder einzelnen WP-Anlage, als auch aufgrund der zukünftig zu erwartenden großen Verbreitung von WPs zur Gebäudebeheizung im energie- und volkswirtschaftlichen Sinne.

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