Effizienzberechnung von Solarthermie-Wärmepumpenkombinationen

Um auch in Zukunft den weltweiten Energieverbrauch decken zu können, müssen die vorhandenen Ressourcen sparsam genutzt werden. Die europäische Kommission setzte deshalb im Jahr 2009 die Energy related Products (ErP) -Rahmenrichtlinie (2009/125/EC) in Kraft. Die ErP-Rahmenrichtlinie ersetzt die 2005 erlassene Energy using Products (EuP) -Rahmenrichtlinie (2005/32/EC) und behandelt das Energylabeling aller energierelevanten Produkte, welche im europäischen Raum in einer Stückzahl von mehr als 200.000 Stück pro Jahr in Verkehr gebracht werden. Ausgenommen hiervon sind Produkte des Bereichs Mobilität (Österreichische Energieargentur, 2006 - 2012). Das Energylabel soll es Verbrauchern in Zukunft erleichtern die Energieeffizienz von Geräte zu erkennen. Die EuP- und ErP-Richtlinie teilt sich in einzelne Produktgruppen (Lots). Der 2008 gestartete Lot 1 behandelt die Gruppe der Heizkessel und Kombiheizkessel (Österreichische Energieargentur, 2006 - 2012) und die Kombination der Einzeltechnologien. In dieser Produktgruppe werden nicht nur Gas- und Ölkessel behandelt sondern auch Wärmepumpen und Solaranlagen. In der Richtlinie wird zwar eine Berechnungsmethode zur Berechnung der Effizienz von Kombisystemen angegeben, diese betrachtet jedoch nicht die Abhängigkeit der Wärmepumpen und Solarthermieanlagen von Randbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchte und solarer Einstrahlung. Lufttemperatur und solare Einstrahlung sind jene Parameter, welche die Leistungsfähigkeit einer Solaranlage bzw. einer Wärmepumpe am stärksten beeinflussen. Das Heizungssystem eines Gebäudes muss die höchste Heizleistung bei den tiefsten Außentemperaturen und der geringsten solaren Einstrahlung bereitstellen. Dieser Umstand wird in aktuellen Berechnungsmethoden für kombinierte Systeme aus Solarthermie und Wärmepumpe nicht berücksichtigt. Die Kombination der beiden Systeme bietet die Möglichkeit während der Herbst- und Frühlingsmonate einen Teil des Heizbedarfs durch die Solaranlage zu decken und den Rest mit Hilfe der Wärmepumpe bereitzustellen. Zum Zeitpunkt der Erstellung der Arbeit ist lediglich ein Vorschlag für die Kombination, ein sogenanntes Packagelabel, vorhanden. Dieser Vorschlag für das Aussehen des Labels beinhaltet noch keine Berechnungsmethode. Die grundlegende Fragestellung dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Berechnungsmethode zur Ermittlung der Effizienz einer Solarthermie- Wärmepumpenkombination, unter Berücksichtigung der Außenlufttemperatur und der solaren Einstrahlung. Als Basis dienen die vorhandenen europäischen Normen und Richtlinien zur Effizienz- und Arbeitszahlberechnung von Wärmepumpen. Die bestehenden Methoden sollen unter anderem im Hinblick auf ihre Eignung analysiert werden, die unterschiedlichen Randbedingungen in Europa und in Österreich zu berücksichtigen. Ein weiterer wichtiger Bewertungspunkt, ist die Berücksichtigung von effizienten leistungsgeregelten Wärmepumpen in der Berechnung. Auf Basis einer ausgewählten Methode soll in weiterer Folge die Wärmepumpen-Solarthermie-Systemkombinationsberechnungsmethode entwickelt werden. Ziel ist es durch die Berechnung aussagekräftige Kennzahlen zu erhalten, welche den Vergleich mit anderen Heizsystemen ermöglichen. Die entwickelte Berechnungsmethode wird in weiterer Folge anhand einer TRNSYS-Simulation und mit Hilfe von realen Messdaten einer Monitoringanlage des Austrian Institute of Technology (AIT) validiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen die Grundlage für die Entwicklung einer europäischen Norm bilden. Mit Hilfe dieser Norm kann in weiterer Folge ein realistischeres Energylabel für Wärmepumpen- Solarthermiekombination berechnet werden.