Projektziele

	Identifikation optimaler Lösungen für den Einsatz von Wärmepumpen zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung in Bestandsgebäuden
	Messtechnische Untersuchung von 100 Wärmepumpen über drei Heizperioden (davon 20 über zwei Heizperioden im smarten Betrieb)
	Energetische, ökologische und ökonomische Bewertung der monovalent, monoenergetisch sowie bivalent (hybrid) betriebenen WP-Anlagen
	Ermittlung des Potenzials als Erbringer von Systemdienstleistungen unter Anwendung der Funktionalitäten gemäß „SG Ready“-Regelung
	Empfehlungen für systemkompatible Regelung und Design zukünftiger WP-Systeme („SG Ready 2.0“)

Arbeitsinhalte und Zeitplan

Die gegenwärtige Situation von Wärmepumpen im EFH-Bestandsgebäudebereich hat sich auch negativ auf den Projektverlauf ausgewirkt. Die Schwierigkeiten bei der Suche nach geeigneten Anlagen haben bewirkt, dass sich die Gesamtzahl der im Projekt untersuchten Anlagen auf etwa 60 beschränken wird. Bis die finale Datenbasis Mitte 2018 erreicht wurde, stieg die Anzahl der auswertbaren Anlagen nahezu linear an. Somit haben sich zwangläufig Änderungen im Zeit- sowie Arbeitsplan ergeben und das Projekt wurde bis Juli 2019 verlängert. Damit können bezüglich der Forschungsfrage 1 (Wärmepumpen-Effizienz im EFH-Bestand) zwei Auswerteperioden definiert werden: Erste Zwischenergebnisse für 30 Anlagen mit mindestens 12 Messmonaten sind auf der Seite Projektergebnisse für den Zeitraum Juli 2017 bis Juni 2018 dargestellt. Der anschließende Zeitraum von Juli 2018 bis Juni 2019 soll die Messdaten aller auswertbaren Wärmepumpen umfassen. Hinsichtlich der Forschungsfrage 2 (Lastmanagementpotenziale von Wärmepumpen) wurde der Betrieb von 10 Wärmepumpen mit SGready-Funktionalität bis Juni 2018 via Signalsteuerung von extern beeinflusst und analysiert. Die Auswertung dieser Messdaten ist noch nicht abgeschlossen. Dennoch können diesbezüglich, sowie hinsichtlich der parallel durchgeführten Arbeiten zu Geschäftsmodellen und dem Betriebsverhalten von Wärmepumpen-Pools bei externer Ansteuerung erste Resultate unter Projektergebnisse eingesehen werden.

Die ausgedehnte Projektdauer ist auf die vorgesehene Methodik zurückzuführen. Um fundierte Aussagen zu treffen, wird eine detaillierte messtechnische Untersuchung einer großen Anzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle über einen längeren Zeitraum durchgeführt. Im Fokus stehen neben monovalenten oder monoenergetischen Außenluft- und Erdreich-Wärmepumpen auch bivalente (hybride) Systeme, die zusätzlich über Öl- oder Gas-Kessel verfügen.

Hinsichtlich der erforderlichen Temperaturniveaus zur Raumheizung wird eine große Bandbreite angestrebt. Die vorgesehene Zeitschiene wird in folgender Grafik visualisiert und das Monitoring Konzept wird im nachfolgenden Abschnitt vorgestellt.

Der dreijährige Messzeitraum soll mit der Heizperiode 2015/16 beginnen. Die Vorbereitungsphase reicht von der Objektsuche bis hin zur Installation des Messdatenerfassungssystems sowie der Abnahme der installierten Messtechnik vor Ort. Nach der ersten Heizperiode werden 20 Anlagen aus dem konventionellen in den intelligenten, netz- bzw. energiewirtschaftlich geregelten Betrieb überführt. Die übrigen 80 Anlagen werden im wärmegeführten Modus weiter untersucht.

Die Vorbereitung der „smarten“ Ansteuerung umfasst die Entwicklung geeigneter Regelstrategien unter Anwendung der unter dem „SG Ready“-Label zertifizierten Schnittstelle. Diesem Schritt gehen Experten-Workshops zur Entwicklung und Bewertung aktueller sowie potenzieller, zukünftiger Geschäftsmodelle voraus. Auf Basis von Systemsimulationen werden Regelstrategien bewertet und Empfehlungen für zukünftig erforderliche Rahmenbedingungen gegeben.

Monitoring Konzept

Das Fraunhofer ISE ist für die Auswahl der Untersuchungsobjekte verantwortlich, die von den Projektpartnern vorgeschlagen werden. Das Ziel ist eine möglichst große Vielfalt an Betriebsbedingungen und Technologien.

Das vorgesehene Messkonzept ermöglicht die Ermittlung der Effizienz sowie die Abbildung des Betriebsverhaltens der Wärmepumpenanlagen. Hierfür werden alle notwendigen Energieströme minutengenau aufgezeichnet. Das Ziel ist einerseits über die Wärmepumpenanlage (ähnlich der DIN EN 14511) und andererseits über die Wärmepumpenheizungsanlage (inkl. etwaiger Speicher) zu bilanzieren. Die notwendigen Messpunkte definiert das Fraunhofer ISE auf Basis von Hydraulik- und Stromlaufplänen.

Auf Seiten der elektrischen Verbraucher werden neben Verdichter, Steuerung und Heizstab die Antriebe in der Wärmquelle (Solepumpe, Ventilator oder Brunnenpumpe) sowie die Umwälzpumpen in der Wärmenutzungsanlage (vor und nach etwaigen Speichern) erfasst. Im Bereich der hybriden Systeme werden zusätzlich der Gas- bzw. der Ölverbrauch gemessen. In den Hydraulikkreisen der Wärmequelle und der Wärmenutzungsanlage werden die Energien, Leistungen, Volumenströme und Temperaturen aufgezeichnet.

Die täglich per Funk an das Fraunhofer ISE übermittelten Daten werden mittels individueller Auswertungsskripte automatisch geprüft und ausgewertet. Die Datenprüfung umfasst Checks der einzelnen Sensoren sowie der Korrelationen zwischen voneinander abhängigen Größen. Zur zusätzlichen Qualitätssicherung erfolgt monatlich eine manuelle Kontrolle der Messdaten.