2006/2007 WELS KONKRET - FH Oberösterreich

Potentialanalyse Erdreich gekoppelter
Wärmepumpenanlagen in Europa
Autor: Michael Hartl
FH-Betreuer: FH-Prof. DI Rudolf Kraft
Michael Hartl
Studiengang:
Öko-Energietechnik
Vorbildung:
HTL für Maschinenbau in Linz
Österreichisches Forschungs- und
Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H
Giefi nggasse 2
A-1210 Wien
FH-Studiengang:
Öko-Energietechnik
Studiengangsleiter:
FH-Prof. DI Dr. Peter Zeller
Tel.: 07242/72811-3070
E-Mail: sekr.oet@fh-wels.at
www.fh-ooe.at/oet
Einführung - Unternehmensprofil
Als größtes außeruniversitäres Forschungsunternehmen
Österreichs leisten die Austrian Research Centers
einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung der technologischen
Wissensbasis der österreichischen Wirtschaft
und Sicherung der Standorte im internationalen Wettbewerb.
Arsenal research hat sich innerhalb der Austrian
Research Centers als zentraler Ansprechpartner für
angewandte Forschung und Entwicklung in den Bereichen
Mobilität und Energie etabliert. Im Geschäftsfeld
„effi ziente und nachhaltige thermische Energiesysteme“
werden innovative Konzepte für eine effi ziente und
umweltfreundliche Wärmeversorgung und Klimatisierung
erarbeitet. Neue Entwicklungen auf dem Gebiet
der Wärmepumpen und des Solar Cooling werden hier
ebenso behandelt wie die nahtlose Integration in die
Gebäudetechnik mit Hilfe modernster CFD-Methoden.
Projektbeschreibung
Das Aktionsprogramm „Ground Reach“ wird von der Intelligent
Energy Europe unterstützt und mit insgesamt
21 Partnern aus 16 EU Ländern durchgeführt. Ziel ist
die Verbreitung von Erdreich gekoppelten Wärmepumpenanlagen
am europäischen Markt, sowie die Analyse
des technischen Potentials dieser Anlagen in Europa
mit dem Ziel einen aktiven Beitrag zur Reduktion von
CO2-Emissionen unter Berücksichtigung der Ziele des
Kyoto Protokolls zu leisten. Der Schwerpunkt des Arbeitspaketes
am arsenal research ist die dynamische
Simulation Erdreich gekoppelter Wärmepumpenanlagen
für eine Auswahl an repräsentativen Klimate und
Gebäudetypen wie sie in der EU bestehen. Anschließend
werden Empfehlungen und ein Maßnahmenkatalog
erarbeitet.
Aufgabenstellung
Schwerpunkt des Praktikums war die Untersuchung
kommerziell erhältlicher Erdreich gekoppelter Wärmepumpenmodelle
für die Verwendung in dynamischen
Anlagensimulationen. Dabei wurden die mathematischen
Modellbeschreibungen der Erdreichquellen und
der Wärmepumpenanlage untersucht. Die Modelle wurden
hinsichtlich ihrer Möglichkeiten getestet und einer
Plausibilitätsprüfung unterzogen. Bei Bedarf wurden
die Modelle an die Erfordernisse des übergeordneten
Projektes angepasst bzw. neue Modelle entwickelt.
Die Simulationsumgebung der einzelnen Modelle war
die Software TRNSYS in der Version 16.1.
Durchgeführte Arbeiten
Einerseits wurden die Modelle zur Nachbildung der
Erdreichquellen, wie Flächenabsorber, Rohrsonde
und Grundwasserquelle auf ihre Eignung hinsichtlich
der Kopplung mit Wärmepumpenmodelle evaluiert und
die Ergebnisse mit durchgeführten Feldmessungen
hinsichtlich Plausibilität verglichen. Das Sole/Wasser
Wärmepumpenmodell wurde mittels Kennlinienmodell
nachgebildet. Damit können die am hauseigenen Prüfstand
für Wärmepumpen durchgeführten Messungen
verwendet werden. Um den Anforderungen des Projektes
gerecht zu werden wurde der reversible Betrieb
des Wärmepumpenmodells im aktiven Betrieb sowie
der passive Kühlbetrieb ohne Temperaturhub über die
Wärmepumpe implementiert. Eine vereinfachte Anlagensimulation
mit unterschiedlichen Erdreichquellen
und einfacher Gebäudelast wurde für die Plausibilitätsprüfung
hinsichtlich der erreichbaren Jahresarbeitszahlen
durchgeführt.
Erzielte Ergebnisse
Die durchgeführten Untersuchungen ergaben laut Expertenmeinung
am arsenal research plausible Ergebnisse.
Die Simulationsdurchläufe erfolgten stabil und
ohne Fehlermeldungen. Das Erdreichmodell für den
Flächenabsorber zeigt gewisse Einschränkungen bei
der Berücksichtigung von Frosteffekten im Winter und
Feuchtigkeitsdiffusion im Sommer. Das Wärmepumpenmodell
rechnet sehr schnell, was auf die Einfachheit
des Modells zurückzuführen ist. Dies macht das
Modell jedoch gleichzeitig sehr unfl exibel und damit
unbrauchbar für detaillierte Untersuchungen im Bereich
der Leistungsregelung sowie der Brauchwassererwärmung
über Enthitzer.
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