Wärmepumpen-Effizienz Erfahrungen aus mehrjährigen Feldtest

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1 Wärmepumpen-Effizienz Erfahrungen aus mehrjährigen Feldtest Marek Miara Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Fachkreis Effizient Bauen Geothermie und Wärmepumpen Hamburg, 7. April

2 Established: Fraunhofer institutes Staff totals more than 1300 Staff totals more than Budget: 77 million 2

3 Gruppe Wärmepumpen am Fraunhofer ISE Monitoring von Wärmepumpen unter realen Bedingungen Komponentenentwicklung Wärmepumpen im Smart Grid Wärmepumpen-Prinzip ¼ elektrische Energie ¾ aufgenommene Energie 3

4 Wärmequellen Luft - hervorragende Verfügbarkeit - geringste Investitionskosten Erdreich - gute Verfügbarkeit - hohe Effizienz - Flachkollektoren oder Erdsonden Wasser - selten verfügbar - besonders hohe Effizienz Heizwärmeverteilungssystem Fußbodenheizung o o o große Fläche geringe Vorlauftemperaturen Neubau Heizkörper o o o geringe Fläche hohe Vorlauftemperaturen Altbau 4

5 Effizienz der Wärmepumpe Haupteinfluss Temperaturhub 4,4 Fußbodenheizung Radiatoren 2.8 Effizienz-Kennzahlen 5

6 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ aufgewendete elektrische Leistung Wärmeleistung aus der Umwelt abgegebene Heizleistung Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ 1 kw 3 kw abgegebene Heizleistung 4 kw Leistungszahl (COP) = abgegebene Heizleistung aufgewendete elektrische Leistung = 4 kw 1 kw = 4 6

7 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ aufgewendete elektrische Energie Wärme aus der Umwelt abgegebene Heizwärme Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ 1000 kwh 3000 kwh abgegebene Heizleistung 4000 kwh abgegebene Wärme über ein Jahr Jahresarbeitszahl (JAZ, SPF) = aufgewendete elektrische Energie über ein Jahr = 4000 kwh 1000 kwh = 4 7

8 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ Leistungszahl (COP) Teststandmessung bei definierten Betriebsbedingungen (z.b. B0/W35) Jahresarbeitszahl (JAZ) Messung im realen Betrieb über ein Jahr Neugebaute Häuser und Bestandgebäuden Meistens Einfamilienhäuser Beheizte Wohnfläche: m² 8

9 3 Monitoringprojkete (4 laufend) Mehr als 250 Anlagen Verteilt in Deutschland Sole/Wasser- und Luft/Wasser - Wärmepumpen Alle Anlagen für Heizung und WW-Bereitung 12 Wärmepumpenhersteller Thermische Leistung von 6 kw bis ca. 25 kw 9

10 Monitoringprojekte Anzahl der Anlagen Partnern Laufzeit WP Effizienz ca. 100 Förderung BMWi, 7 WP Hersteller, 2 Energieversorg bis WP im Bestand ca. 80 E.ON Energie AG bis ca WP Hersteller EnBW bis Wie effizient sind die Wärmepumpen in Neubauten und Bestandsgebäuden? Identifikation von Optimierungsmöglichkeiten bei Installation und Regelung Übersicht der Wärmepumen-Monitoringprojekte 10

11 Wärmequellen WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor) Systemgrenze für die Berechnung der Arbeitszahlen 11

12 Systemgrenze für die Berechnung der Arbeitszahlen Arbeitszahl = Arbeitszahlen Überblick WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor) Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen Sole/Wasser-Wärmepumpenanlagen neue Anlagen 12

13 Arbeitszahlen Überblick, Bandbreiten WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor) Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen Sole/Wasser-Wärmepumpenanlagen Jahresarbeitszahlen Luft/Wasser Wärmepumpen Projekt WP Monitor, Juli 2012 Juni

14 Stromverbrauch der einzelnen Komponenten (Luft WP) Stromverbrauch der einzelnen Komponenten (Erdreich WP) 14

15 Langzeitauswertung Erdwärmesonden Vergleich der Kennzahlen COP i COP QS Analyse der Bedingungen aus EN Definition von Quasi-Stationäre Zustände Filtrierung der Messdaten Auswertung und Gruppierung der Quasi-Stationäre Zustände Interpolation der COP Werte Vergleich der COP und COP PS 15

16 Temperatur der Wärmesenke [ C] Temperatur der Wärmequelle (Luft) [ C] Zeit des WP- Betriebs im QS- Zustand (Minuten) Temperatur der Wärmesenke [ C] Temperatur der Wärmequelle (Luft) [ C] COP QS Werte 16

17 Beispielhafte Luft/Wasser-Wärmepumpe Temp. Quelle [ C] Senke [ C] QS-Zustän. Zeit [Minut.] Anzahl Mittl. Zeit COP interpoliert COP QS Min. Max. Mittelwert Unterschied [%] JAZ Volumenstrom Delta T Senke -0,6 % 17

18 Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss bei Installation und Betrieb 18

19 Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss bei Installation und Betrieb Die beste Effizienz erreichten einfache und robuste Anlagen, mit sorgfältiger Planung und Installation sowie gut abgestimmten Komponenten Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss bei Installation und Betrieb Die beste Effizienz erreichten einfache und robuste Anlagen, mit sorgfältiger Planung und Installation sowie gut abgestimmten Komponenten Die theoretische Effizienzwerte der Wärmepumpen (COP-Werte) wurden auch unter realen Bedingungen bestätigt 19

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21 Vielen Dank Kontakt: 21