Kombination von Solarthermie mit Wärmepumpen

Transkript

1 Kombination von Solarthermie mit Wärmepumpen Systematische Gliederung der Systemkonzepte Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF Michel Haller, Projektleiter Forschung SPF

2 Einführung Markttrend: Kombinierte Systeme Solar und WP Mögliche Vorteile der Kombination Für die Solarthermie-Firmen: Steigerung des Kollektorertrages für WW und Heizung (>50%) Alternative zu sehr grossen Speichern? Für die Wärmepumpen-Firmen: Steigerung der Jahresarbeitszahl (WP- oder Gesamtsystem- Bilanz) Weniger Warmwasser-Bereitung für WP vor allem im Sommer Kleinere Auslegung der Erdsonde weil weniger Abnahme oder evt. Aktive Regeneration mit Solarwärme im Sommer? Für Beide: Optionale zusätzliche Nutzung zur Kühlung (WP als Kälte- Aggregat) SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF

3 Einführung Hersteller bzw. Anbieter kommen oft entweder aus der Solarenergie- oder der Wärmepumpenbranche Deswegen ggf. unterschiedliche Perspektive bzw. Motivation (Zu) Einseitige Vorstellungen: Solarthermie als Ausgleich für thermodynamisch ungünstige Betriebspunkte der Wärmepumpe Nicht angepasste Anbindung einer Wärmepumpe als Nachheizung für solarthermische Kombisysteme Zu Beachten: Unterschiedliche Wärmepumpen mit verschiedenen Wärmequellen (Luft, Sole, Erdkollektor, Erdsonde) und Arbeitsmedien Unterschiedliche Solarkollektoren (Unabgedeckte Kollektoren, Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren, ) Unterschiedliche hydraulische Verschaltung und Einbindung des Speichers. SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF

4 Einführung Generell: Verschiedene Wärmequellen (auch Kombination) und verschiedene Wärmesenken (auch Kombination) möglich Zusätzlich: Einsatzzweck? (Neubau, Sanierung, ) Meist unklar: Spezifische Vor/Nachteile bestimmter Lösungen (dynamisches Verhalten, wechselseitige Beeinflussung, ) Sicher unklar: Prinzipielle Vorteile eines bestimmten Konzepts? Nötig: Systematische und physikalisch konsistente Gliederung SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 4

5 Bisherige Ansätze Henning / Miara Keine direkte Interaktion Regeneration des Erdreichs durch Solarwärme im Sommer Grosser Wärmespeicher Verbindet WP-Verdampfer und Kondensator mit Solar Kondensator direkt im Solar-Kombi-Speicher Unverglaster Kollektor zur Erhöhung der Eintrittstemperatur des WP- Verdampfers und für aktive Regeneration Hyprid-Kollektor nutzt Solarwärme UND Umgebungswärme Konventioneller Kollektor und Luft als Wärmequellen für den WP-Verdampfer Quelle: Henning, 2009, teil-übersetzt SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 5

6 Bisherige Ansätze (1) Henning / Miara Quelle: Henning, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 6

7 Bisherige Ansätze (1) Henning / Miara Quelle: Henning, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 7

8 Bisherige Ansätze (1) Henning / Miara Quelle: Henning, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 8

9 Bisherige Ansätze (1) Henning / Miara Quelle: Henning, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 9

10 Bisherige Ansätze (1) Henning / Miara Quelle: Henning, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 10

11 Bisherige Ansätze (2) Zörner Quelle: Zoerner, 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 11

12 Bisherige Ansätze (3) Anbieter P Leistung COP bei A2/W35 COP bei A2/W55 JAZ Jahresarbeitszahl AKol Solar- Kollektor wärme- nutzung -fläche für [kw] [-] [-] [-] [m 2 ] [L] VSp Speichertyp Besonderheiten bisher vertrieben in Speicher -volumen Buderus WW 500 Brauchwasserspeicher DE Capito Heiztechnik Ratiotherm Rennergy Systems Rotex Heating Systems k.a. bis HU + WW 22.2 bis HU + WW HU + WW HU + WW Siko Solar HU + WW Solution HU + WW Weishaupt k.a. bis 2.7 > 3.3 k.a. HU + WW Wolf k.a. bis HU + WW 750 Schichtpufferspeicher Durchlaufprinzip für DE, AT, CH, IT, Frischwasser NL, GB, PL, FR, GR 2000 Schichtpufferspeicher mit FWS patentierter Hybridverdampfer, Heissgasauskopplu ng DE, AT, CH, NL, GB, RO, HU 1000 Schichtpufferspeicher Frischwassertechni DE, AT, CH k, Heissgasauskopplu ng 500 Kombispeicher Vorlauf der WP ganz Europa durch Speicher geführt 1000 Schichtpufferspeicher Durchlaufprinzip für AT, DE, CH, IT Frischwasser 1000 Schichtkombispeicher WP für Aussen und AT, DE Innen erhältlich bis 910 Schichtspeicher Durchlaufprinzip für DE, AT, CH, FR, Frischwasser BE, IT 900 Schichtpufferspeicher 2 Ladezonen DE, AT, FR mit FWS Abkürzungen WW = Warmwasser, HU = Heizungsunterstützung, FWS = Frischwasserstation 1 nach VDI solare Jahresarbeitszahl Quelle: Sonne, Wind und Wärme 6 / 2009 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 12

13 Bisherige Ansätze Gehen meist vom existierenden Angebot auf dem Markt aus (phänomenologische Einteilung) Für jedes innovative System jeweils eine neue Kategorie? Wenig systematisch Brauchbar für Forschung und Produktentwicklung? Keine umfassenden Analysen und Vergleiche der unterschiedlichen Konzepte und Ihrer Einsatzpotenziale unter unterschiedlichen Randbedingungen bekannt Deswegen: Entwicklung einer systematischen Gliederung der Systemkonzepte aus technischer Sicht notwendig dient als Grundlage für Vergleich und für die (Weiter)Entwicklung von Anlagenkonzepten Einbindung der Aktivitäten in IEA-SHC Task 44 SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 13

14 Neuer Ansatz Definition Randbedingungen Kombisystem (WW+RH) Wo anfangen? Wärmequelle Primäre Nutzung Weitere (indirekte) Nutzung Solar a) Kollektor (flüssig) b) WP-Verdampfer? a) Speicher, WP-Verdampfer?, Erdreich? b) Heizkreis, Speicher? Luft a) WP-Verdampfer, b) unabgedeckter Kollektor? a) Heizkreis?, Speicher? b) WP-Verdampfer? Erdwärme Sole WP-Verdampfer Heizkreis, Speicher? Wärme von WP immer auf Heizkreis oder Speicher! SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 14

15 Neuer Ansatz Entscheidend also für das System-Konzept: Wohin mit der Solarwärme? Dabei: Fluktuierende Wärmelieferung (teils niedriges oder hohes Temperaturniveau, abhängig von Strahlung, Kollektortechnologie und Regelung) ggf. mehrere Senken für Solarwärme: Speicher Verdampfer Erdreich Zentrale Kriterien (Gliederungsgruppen): WP-Technologie Kollektortechnologie Speicherkonzept Art der Integration (Anzahl Wärmesenken Solarwärme) Sinnhaftigkeit evt. Abhängig von den Gegebenheiten der Heizlast! SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 15

16 Neuer Ansatz Heizlast Art der Integration Wärmepumpenkonzept Kollektortechnologie Speicherkonzept SPF Industrietag, Dr. Elimar Frank, Leiter Forschung SPF 16

17 Danke. i.v. Michel Haller Dr. Elimar Frank, Forschungsleiter SPF