nachhaltige technologien_04_17_web

Das Referenzsystemsieht dieWärmeversorgung durch eine Luft-Wärmepumpe vor, die einen Pufferspeicher belädt. Über ein Frischwassermodul wird die Energie für die Versorgung mit Brauchwarmwasser bereitge- stellt (siehe schematische Darstellung der Energie- versorgungskonzepte). Die thermische Beladung der thermisch aktivierten Bauteile (Zwischendecke und Obergeschoßdecke) erfolgt konventionell über die Luftwärmepumpe ohne Pufferspeicherein- bindung (Konzept LWP A, kB). Das Referenz- system wurde in den Untersuchungen auch mit einer PV-Anlage kombiniert (Konzept LWP PV). Das solarthermische Konzept sieht auf der Seite der Wärmebereitstellung solarthermi- sche Kollektoren in Kombination mit einer Luft-Wärmepumpe vor. Die Warmwasserbe- reitung erfolgt wie beim Referenzsystem über ein Frischwassermodul, welches vom Pufferspeicher versorgt wird. Die solare Betonmassenaktivierung erfolgt hierbei über den Speicher, der solar beladen wurde, oder über die Luftwärmepumpe (Konzept LWP ST B, kB). Eine Erhöhung des solaren Ertrages wird durch eine Adaptierung des Hydraulik-Konzeptes und der Rege- lung erreicht. Die direkte Beladung der Betonmassen führt zu optimalen Betriebspunkten der solarthermi- schen Anlage und einer zusätzlichen Steigerung der Systemeffizienz (Konzept LWP ST C, sB). Dabei wird das Regelband um 2 Kelvin gegenüber der konventio- nellen Beladung erhöht, wodurch eine Reduktion des Nachheizenergiebedarfs der Wärmepumpe erreicht wird (siehe Abbildung). Regelungsstrategie thermisch aktivierter Bauteile: Grenztemperaturen der Oberfläche sowie Vorlauf- temperaturen sind Heizkurven-geführ. Bei aktiver solarer Beladung wird die obere Grenztemperatur der Oberfläche um 2 Kelvin erhöht. 25 24 THERMISCHE ENERGIETECHNOLOGIEN UND HYBRIDE SYSTEME Simulationen Der Einsatz der thermischen Bauteilaktivierung wurde anhand von zwei Gebäudetypen (Einfamilienhaus mit 140 m² BGF, Mehrfamilienhaus mit 540 m² BGF) und jeweils zwei energetischen Standards (Niedrigener- giegebäude HWB 35 kWh/(m² BGF a) und Passivhaus- standard HWB 15 kWh/(m² BGF a)) betrachtet. In einemGebäude mit 540 m² BGF (HWB 35 kWh/(m² BGF a)) wird durch die Kombination der Luft-Wärmepumpe mit einer 125 m² großen Solarthermieanlage ein solarer Deckungsgrad von rund 45 % erreicht. Dieser kann durch die aktive solare Beladung auf knapp 60 % erhöht werden. Dabei wird gegenüber dem Re- ferenzsystem eine Reduktion des Strombedarfs für die Wärmepumpe von rund 50 % erreicht. Bei dieser Kollektorfläche erreicht ein System mit Luftwärme- pumpe und PV annähernd die gleichen Einsparungen. Ökonomische und Ökologische Analyse Für alle Energiekonzepte mit thermischer Bauteilak- tivierung wurden die Primärenergieeinsparungen mit unterschiedlichen ST/PV-Flächen im Vergleich zum Referenzsystem ermittelt. Um die Konzepte auch im Hinblick auf ihre wirt- schaftliche Konkurrenzfähigkeit gegenüber reinen Wel WP Netz in kWh Wel WP EV in kWh Wel in kWh HWB in kWh/m 2 a; SPFsys in -; SD in %; SD ' in % +10% Punkte 10000 8000 6000 4000 2000 0 75 60 45 30 15 0 LWP (A, kB) LWP ST (B, kB) LWP ST (C, sB) LWP PV (D, kB) LWP PV (D, sB) HWB in kWh/m 2 SPF Sys SD in % SD ' in % Tsurf Heat TABS ON T VL TABS Tsurf Solar OFF Tsurf HP TABS OFF solare Beladung (sB) konventionelle Beladung (kB) Außenlufttemperatur in °C (24 Stunden Mittelwert) Temperatur in °C -12 34 30 26 22 18 -8 -4 0 4 8 12 Exemplarischer Vergleich von technischen Kennzahlen von Energieversorgungskonzepten mit 125 m² ST bzw. PV und 3,75 m³ Pufferspeicher für das MFH mit 540 m² BGF (HWB 35 kWh/(m² BGF a)). Bei gleicher ST- bzw. PV- Fläche werden annähernd gleiche Einsparungen bei konventioneller Beladung sowie bei der aktiven solaren Beladung erreicht. Die Einsparungen im elektrischen Energiebedarf liegen dabei zwischen 40 % und 50 %.