Solaranlagen in Kombination mit Wärmepumpen

Transkript

1 Wärmeversorgung von morgen Solaranlagen in Kombination mit Wärmepumpen Ewald Selvička AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) 8200 Gleisdorf, Feldgasse 19

2 Impulsgeberin für den Wandel sorgt für green skills Ausbildung Partnernetzwerk schafft Beteiligung macht Wissen anwendbar Beratung Standards Qualität geben Orientierung Information regt zum Umdenken an

3 Inhalt Motivation für Solar-Wärmpumpen-Kombinationen Wärmepumpen in klima:aktiv - Anforderungen Solar-Wärmepumpen-Kombinationen im Feldtest Optimierungspotential Wirtschaftlichkeit von Solar-WP-Kombinationen Ökologische Bewertung Zusammenfassung

4 Preisentwicklung raus aus dem Öl! Quellen: Energie-bau.at, propellets, Genol, e-control, IWO, BMWJF Heizen mit Erneuerbarer Wärme

5 Versorgungssicherheit - Energieautarkie!! Quelle: Energieautarkie für Österreich Streicher, et. 12/2010

6 Wärmepumpe in klima:aktiv Wärmequelle: Erdkollektor, Tiefenbohrung, Wasser oder Luft Sehr gut gedämmte Häuser mit Niedertemperaturheizung Jahresarbeitszahl: 4

7 Wärmepumpe Tiefenbohrung

8 Wärmepumpe - Tiefenbohrung

9 Wärmepumpe - Außenluft Einfamilienhaus- (Steiermark) BGF:221 m² System: Luft/Wasser Kompaktgerät Innenaufstellung Warmwasserbereitung Heizlast: 12,2 kw Fußbodenheizung: 184 m² Radiatorenheizung WW-Speicher 272l TE Außen TE Innen Energiebedarf WP: 6642 kwh Strom Energie Output: kwh Wärme Warmwasserbereitung: 2017 kwh (9 %) S1...Betriebsstunden WP S2...Status WP Q3...elektrische Energie WP Wärmepumpe Öl-Kessel Jahresarbeitszahl: 3,3 T4 T1 T3 Q2 Puffer Heizung 300l T2 Q1

10 [kwh] Monatsarbeitszahl Wärmeversorgung von morgen, Wien Wärmepumpe - Außenluft Sep.07 Okt.07 Nov.07 Dez.07 Jän.08 Feb.08 Mär.08 Apr.08 Mai.08 Jun.08 Jul.08 Aug.08 Sep.08 Wärmeernergie Q el.energie MAZ Warmwassertemperatur 50 C Vorlauftemperatur Heizung 35 C

11 Hocheffiziente Kombinationen von Solarthermieund Wärmepumpenanlagen SolPumpEff Projektpartner: AEE INTEC IWT TU-Graz Solution-Solartechnik Ochsner Koordinator Institutioneller Partner Solarsystemanbieter Wärmepumpenhersteller Projektlaufzeit: 3 Jahre, Start Mai 2010 Ziele: Analyse existierender Systemkombinationen, Monitoring und Evaluierung von Feldtestanlagen, Entwicklung von Simulationsmodellen Systemoptimierung, Primärenergetische und wirtschaftliche Bewertung

12 7 Systeme der Feldtestreihe SolPumpEff Technische Daten Speichervolumen/ Kollektorfläche Heizenergiebedarf System A* (Luft/Wasser) A Koll : V Speicher : WP-P Nom : 16 m² 1000 Liter 9 kw th 62,5 l/m² 70 kwh/m²a System B (Luft/Wasser) A Koll : V Speicher : WP-P Nom : 20 m² 1000 Liter 19 kw th 62,5 l/m² 79 kwh/m²a System C (Erdreich/Wasser) A Koll : V Speicher : WP-P Nom : 24 m² 1500 Liter 15 kw th 62,5 l/m² 65 kwh/m²a System D (Luft/Wasser) A Koll : V Speicher : WP-P Nom : 8 m² 800 Liter 19 kw th 100 l/m² 73 kwh/m²a System E** (Luft/Wasser) A Koll : V Speicher : WP-P Nom : 15 m² 1000 Liter 8 kw th 66,7 l/m² 38 kwh/m²a System F (Wasser/Wasser) A Koll V Speicher : WP-P Nom : 30 m² 2690 Liter 22 kw th 89,7 l/m² 27 kwh/m²a * Integriertes System ** Integriertes Kompaktsystem System G** (Luft/Wasser) A Koll V Speicher : WP-P Nom : 15 m² 1000 Liter 9 kw th 66,7 l/m² 42 kwh/m²a

13 SolPumpEff - System B

14 SolPumpEff - System B System B SPF SWP [-] 3,38 3,64 SPF WP [-] 2,84 2,86 SPF Sol [-] 59,57 57,95 SPF System [-] 2,73 2,95 SD [%] 22,20 29,20 q Koll [kwh/m²a] 296,80 358,10 SPF SWP Q E Erzeugung SWP SPF Solar Q E Solar Solarpumpe SPF WP Q E WP WP SPF System Q E Nutz SWP

15 SolPumpEff - System B Durchgeführte Optimierungen: Anpassung Position Regelungstemperaturfühler Vorher:

16 SolPumpEff - System B Durchgeführte Optimierungen: Anpassung Position Regelungstemperaturfühler Vorher: Nachher:

17 Ergebnisse Feldversuch SolPumpEff q Koll [kwh/m²] SD [%] SPF Sol [-] SPF WP [-] SPF SWP [-] System A 486,9 435,9 21,1 22,5 56,99 51,11 2,79 2,38 3,34 3,00 System B 516,9 493,1 22,2 29,2 59,57 57,95 2,84 2,86 3,38 3,64 System C 494,7 421,3 46,8 46,6 173,64 174,30 3,72 3,61 6,14 5,73 System D 312,8 243,1 13,7 10,2 2,54 2,70 2,93 3,04 System E 412,4 351,9 51,5 39,0 90,44 87,56 1,27 1,24 2,28 2,00 System F 254,3 254,7 30,6 27,6 2,30 2,35 2,87 2,90

18 Solarenergie im Überfluss Weltjahresenergiebedarf wird binnen 3 Std. eingestrahlt!

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20 PV Solarthermie Referenz Wärmeversorgung von morgen, Wien Wirtschaftlichkeit von Solar- Wärmepumpen-Kombinationen Wirtschaftlichkeitsberechnung nach der Kapitalwertmethode (VDI 6025 bzw. VDI 2067) Gas-Brennwertkessel (ohne Speicher) Öl-Brennwertkessel (ohne Speicher) Wärmepumpe (Erdkollektor, monovalent, ohne Speicher) Wärmepumpe (Luft, monovalent, ohne Speicher) Pellets-Brennwertkessel (ohne Speicher) Solarset + Gas-Brennwertkessel Solarset + Öl-Brennwertkessel Solarset + Wärmepumpe (Erdkollektor) Solarset + Wärmepumpe (Luft) Solarset + Pellets-Brennwertkessel PV-Set + Wärmepumpe (Luft, mit Speicher) PV-Set + Wärmepumpe (Erdkollektor, mit Speicher) PV-Set + Elektroheizstab (mit Speicher)

21 Übersicht - Gebäudedefinition Haustypen: 100 kwh/m²a 50 kwh/m²a 20 kwh/m²a 10 kwh/m²a 30% Solare Deckung 50% Solare Deckung 4 Personen Haushalt WW: 200 Liter/d (50 C) Raumtemperatur: 20 C 150 m² Wohnfläche (187,5 m² BGF)

22 Dimensionierung der solaren Systeme Solarthermie 30% SD 50% SD Haustyp 100er 50er 20er 10er Speicher 2000 l 800 l 800 l 600 l ST 26 m² 12 m² 16 m² 10 m² Ausrichtung/Neigung Süd / 45 Photovoltaik Haustyp 100er 50er 20er 10er Speicher 2000 l 800 l 800 l 600 l Erd-WP 8,1 kwp 2 kwp 1,8 kwp 1,7 kwp Luft-WP 22 kwp 2,6 kwp 3,7 kwp 1,8 kwp Heizstab 32,4 kwp 6,48 kwp 8,82 kwp 4,86 kwp Ausrichtung/Neigung Süd / 45

23 Dimensionierung der solaren Systeme Solarthermie 30% SD 50% SD Haustyp 100er 50er 20er 10er Speicher 2000 l 800 l 800 l 600 l ST 26 m² 12 m² 16 m² 10 m² Ausrichtung/Neigung Süd / 45 Photovoltaik Haustyp 100er 50er 20er 10er Speicher 2000 l 800 l 800 l 600 l Erd-WP 57,5 m² 14 m² 13 m² 12 m² Luft-WP 156 m² 18,5 m² 26 m² 13 m² Heizstab 230 m² 46 m² 62,6 m² 34,5 m² Ausrichtung/Neigung Süd / 45

24 Ergebnisse 50 kwh/m²a-haus Neubau nach Bauordnung bzw. hocheffizient saniert Wirtschaftlich Primärenergie

25 Ergebnisse Wärmegestehungskosten PV: 14m² (EWP), 18m² (LWP), 46m² (HZP) ST: 12m²; Einspeisetarif: 4,63 cent/kwh

26 Ergebnisse Wärmegestehungskosten PV: 14m² (EWP), 18m² (LWP), 46m² (HZP) ST: 12m²; Einspeisetarif: 9,53 cent/kwh

27 Ergebnisse Primärenergie PV: 14m² (EWP), 18m² (LWP), 46m² (HZP) ST: 12m²

28 Ergebnisse 20 kwh/m²a-haus Neubau nach Passivhaus-Standard Wirtschaftlich Primärenergie

29 Ergebnisse Wärmegestehungskosten PV: 13m² (EWP), 23m² (LWP), 63m² (HZP) ST: 16m²; Einspeisetarif: 4,63 cent/kwh

30 Ergebnisse Primärenergie PV: 13m² (EWP), 23m² (LWP), 63m² (HZP) ST: 16m²

31 Typologie der Einfamilienhäuser in Österreich ca.190 kwh/m²a Quelle: TABULA Eine Typologie Österreichischer Wohngebäude, Austrian Energy Agency, DI M. Amtmann, u.a. (2011)

32 Rahmenbedingungen Sanierungsrate (Gebäude) 1%!! Umfassende Sanierungen 2009 Biomasse-Fernwärme 126 Fernwärme fossil 291 Gas 337 Biomasse-Hackgut 7 Heizöl 7 Biomasse-Pellets 63 keine Angaben 8 Biomasse-Stückholz 1 Wärmepumpe 38 Gesamt 878 Kleine Sanierungen Altbestand an Kombi-Kesseln Quelle: Land Steiermark A Biomasse-Fernwärme 389 Fernwärme fossil 561 Gas 221 Biomasse-Hackgut 269 Heizöl 40 Biomasse-Pellets 468 Biomasse-Stückholz 352 Wärmepumpe 121 Gesamt 2421

33 Ergebnisse 100 kwh/m²a-haus Altbau mit mindestens einer Sanierungsmaßnahme Wirtschaftlich Primärenergie

34 Ergebnisse Wärmegestehungskosten PV: 57m² (EWP), 156m² (LWP), 230m² (HZP) ST: 26m²; Einspeisetarif: 4,63 cent/kwh

35 Ergebnisse Primärenergie PV: 57m² (EWP), 156m² (LWP), 230m² (HZP) ST: 26m²

36 Zusammenfassung- Wirtschaftlichkeit von Solar-Wärmepumpen-Kombinationen Bei normalen Dämmstandard sind Photovoltaik und Solarthermie-Wärmepumpen-Kombinationen gleichwertig (Erdreich-WP immer besser als Luft-WP) Bei sehr gutem Dämmstandard ist die Photovoltaik- WP-Kombination etwas wirtschaftlicher. Beide solaren Systeme können derzeit nicht mit konventionellen Systemen mithalten! (Förderbedarf Ausnahme: Ölheizung)

37 Zusammenfassung- Ökologie von Solar- Wärmepumpen-Kombinationen Bei normalen Dämmstandard sind Photovoltaik und Solarthermie-Wärmepumpen-Kombinationen ökologisch gleichwertig. Bei sehr gutem Dämmstandard ist die Photovoltaik etwas ökologischer. Erdreich-WP sind immer besser als Luft-WP Beide Systeme haben eine wesentlich bessere ökologische Bilanz, als die konventionellen Systeme.

38 Erkenntnisse aus dem Feldtest - Optimierungspotential Thermische Solaranlagen verbessern den SPF des Hybridsystems erheblich (bei den Messanlagen zwischen 20% und 65%). Sensible Reaktion von Wärmepumpen (SPF) auch auf kleinste Planungs- und Installationsfehler (Fühlerpositionen, Speicheranschlüsse, Schichtung, etc.) als auch auf schlechte Reglereinstellungen (WW-Modus, Solltemperaturen, Laufzeiten, etc.) Exergieverluste durch Beimischung (Heizungsverteilung) sind häufig anzutreffen und führen zur Reduktion des SPF Verbesserungspotenzial im Bereich Systemeffizienz (Wärmeverluste, elektrische Antriebe, Regelung, etc.) Forschungsbedarf in Richtung PVT-Kollektoren, Regeneration von Erdsonden durch Solarwärme, Wärmepumpen in Wärmenetzen,. Qualitätssicherung ein primäre Aufgabe von Förderstellen und Gesetzgeber

39 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Ewald Selvička AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) 8200 Gleisdorf