Forschungsprojekt bestätigt: Hohe Effizienz ohne Komfortverlust mit Luft/Wasser-Wärmepumpen
Im Forschungsprojekt zur prädiktiven Regelung von Luft-Wärmepumpen zeigt Hoval gemeinsam mit der TH Ingolstadt, wie sich durch intelligente Steuerung spürbar Energie sparen lässt – ganz ohne Komfortverlust
- Einfamilienhaus
- Neubau
- Wärmepumpe
Gemeinsam mit der Technischen Hochschule Ingolstadt arbeitet Hoval schon mehrere Jahre an verschiedensten Projekten rund um Wärme und Wohnen. Aus einer Idee heraus entstand gemeinsam mit einem Studenten das Projekt zur Optimierung der Betriebsstrategie von Luft/Wasser-Wärmepumpen mittels prädiktiver Regelung der Betriebszeiten auf Basis von Außenlufttemperaturprognosen. Im Detail bedeutet dies: Bei hohen Außentemperaturen – auch im Winter ist es tagsüber meist wärmer – wird die Luft/Wasser-Wärmepumpe eingeschaltet, selbst wenn kein Heizbedarf besteht. Die Wärme wird in der Gebäudemasse gespeichert. Wenn die Außenlufttemperaturen später merklich kühler werden, bleibt die Luft/Wasser-Wärmepumpe noch eine ganze Zeit lang ausgeschaltet.
Die spannenden Fragen lauten: Wie können dennoch stabile Raumtemperaturen bereitgestellt werden? Was wird dafür benötigt, und wie hoch ist die Toleranzgrenze der Bewohner:innen? Und zu guter Letzt: Welche Effizienzsteigerung und Kosteneinsparungen sind unter realen Bedingungen erreichbar?
Diese enormen Datenmengen werden von eigens entwickelten Algorithmen verarbeitet, in eine Soll-Vorlauftemperatur umgewandelt und schließlich über eine Modbus-Schnittstelle an die Wärmepumpe geschickt. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe passt sich dieser Vorgabe automatisch an. Für die Forschung wird, neben zahlreichen Sensoren und Messgeräten, die Hoval Belaria pro comfort (8) herangezogen. Einerseits soll untersucht werden, ob diese Vorgehensweise wirtschaftlich ist und wie hoch der dafür benötigte Regelungsaufwand und die Rechenleistung sind. Andererseits soll erforscht werden, ob Luft/Wasser-Wärmepumpen damit an die Effizienz von Sole/Wasser-Wärmepumpen aufschließen können. Erdwärmepumpen sind grundsätzlich effizienter, aber teurer in der Anschaffung.
Manfred Gerngroß, Projektinitiator seitens Hoval, erklärt dazu: „Wir entkoppeln also die Wärme- bzw. Kälteerzeugung vom aktuellen Bedarf. Auf der Erzeugerseite geschieht dies mittels Prognosen der aktuellen Wetterdaten und der exakten Kenntnis darüber, wann es sich lohnt, die Luft/Wasser-Wärmepumpe gegebenenfalls mit etwas höherer Vorlauftemperatur zu betreiben. Auf der Bedarfsseite werden gelernte Nutzergewohnheiten sowie die verfügbare Speicherkapazität des Gebäudes herangezogen.“
1 / 6Bereits seit Jahren forscht Hoval mit der Technischen Hochschule Ingolstadt.
2 / 6Geforscht wird zur Optimierung der Betriebsstrategie von Luft/Wasser-Wärmepumpen mittels prädiktiver Regelung der Betriebszeiten.
3 / 6Der moderne Neubau bietet ideale Voraussetzungen für das Forschungsprojekt.
4 / 6Für die Forschung wird, neben zahlreichen Sensoren und Messgeräten, die Hoval Belaria pro comfort (8) herangezogen.
5 / 6Die Luft/Wasser-Wärmepumpe liefert wertvolle Daten für die Forschung.
6 / 6Das Vergleichsobjekt: Ein Altbau mit ähnlicher Größe und Nutzungszweck.
Von der Idee in die Praxis
Der Weg von der Idee zur konkreten Forschung führte erst über Simulationen, deren gute Ergebnisse als Basis für diverse Projektförderungen dienten. Für handfeste Ergebnisse brauchte es jedoch einen echten Betrieb. Passende Gebäude (moderner Neubau und Sanierungsgebäude) konnten mit Hilfe vom Bundesverband e.V. Gebäudeenergieberater und dem Bundesverband Wärmepumpe gefunden werden. Das Haus von Jürgen Leppig hat alles, was ein moderner Neubau heutzutage mitbringen muss, und war mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe ausgestattet. Damit war das Gebäude optimal für das Projekt, und Herr Leppig schnell überzeugt: „Ich bin selbst Energieberater und fand das Projekt sehr spannend. Mir macht es Spaß, an solchen Dingen mitzumachen.“
So wurde die Sole/Wasser-Wärmepumpe abgestellt, und eine Belaria pro comfort (8) von Hoval installiert. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe sorgt nun für Wärme und Warmwasser im Einfamilienhaus und im Büro des Energieberaters sowie für wertvolle Daten für die Forschung. Mit der neuen Wärmepumpe ist nun auch eine aktive Kühlung möglich, und es kann gleichzeitig getestet werden, wie sich die Kühlung auf den Strombedarf auswirkt.
„Im nächsten Schritt waren wir dann auf der Suche nach einem älteren Gebäude für eine Sanierung. Dort liegt großes Potenzial, aber wir müssen wissen, ob unser System auch ohne die ganze moderne Technik eines Neubaus funktioniert“, beschreibt Manfred Gerngroß. Geworden ist es schließlich das Haus von Jürgen Leppigs Bruder – Rudolf Leppig. Der Vorteil: Die Häuser haben nicht nur eine ähnliche Größe und Nutzung, sondern stehen auch im gleichen Ort. Es herrschen identisches Wetter und Klima für Neu- und Altbau. Für das Sanierungsgebäude reichte auch eine Belaria pro comfort (8) von Hoval aus, um die bisherige Gasheizung zu ersetzen, die eine Fußbodenheizung versorgte. Das sind optimale Voraussetzungen für repräsentative, belastbare Ergebnisse.