Projektlaufzeit: 36 Monate (01.09.2016 – 31.08.2019)

Projektvolumen: 2,6 Mio € (gesamt)

Fördermittelgeber: Europäischer Fond für Regionalentwicklung, INTERREG VA der Großregion

Partner außerhalb der TU: IZES, Université de Lorraine, Université de Liège, Universität Luxemburg

Bearbeiter/-innen des Fachgebiets Gebäudesysteme und Gebäudetechnik

Prof. Dr.-Ing. Sabine Hoffmann, M.Eng. Daniel Schmidt

Co-Simulation von Gebäude, Anlagentechnik und Regelung in  PtH4GR2ID

In PtH4GR²ID wird eine Co-Simulation des Gebäudes (Baukonstruktion, Nutzungsprofil, Solltemperatur) und des thermischen Speichers (Wasserspeicher, PCM-Speicher etc.) mit TRNSYS, der stromgeführten Wärmepumpe mittels eines Modells in Dymola/Modelica und eines in Matlab programmierten modellprädiktiven Reglers durchgeführt. Als Co-Simulationsplattform wird das auf der Simulationsumgebung Ptolemy II basierende Buildings Control Virtual Testbed (BCVTB) verwendet.

Kurzbeschreibung

Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der daraus folgend angestrebten Minimierung von CO2-Emissionen hat sich die Großregion (GR) das Ziel von 15,2% Regenerative Energien (RE) am Gesamtenergieverbrauch bis zum Jahre 2023 gesetzt. Dies hat neben dem Ausbau regenerativer Erzeugungsanlagen auch die Wärmewende zu Folge. Dazu müssen Heizsysteme auf Basis fossiler Brennstoffe, für die Bereitstellung von Heizenergie (Heizwärme, Warmwasser), durch umweltfreundlichere Technologien substituiert werden. Damit soll die Nachhaltigkeit gefördert und die Umweltbelastung im Rahmen der wirtschaftlichen und räumlichen Entwicklung der Großregion verringert werden. Der Einsatz von stromgeführten, reversiblen Wärmepumpen in Kombination mit Speichern ist nicht nur eine Maßnahme zur Unterstützung der Wärmewende, sondern bietet zusätzlich die Möglichkeit einer zeitlichen Anpassung des Stromverbrauches an die fluktuierende Erzeugung aus RE an. Somit kann zu Zeiten hoher regenerativer Erzeugung Strom in thermischen Energiespeichern zwischengespeichert und der Anteil von RE am Gesamtenergieverbrauch gesteigert werden. Da sowohl der Klimawandel als auch der Ausbau der RE keine regionale sondern internationale Herausforderungen darstellen, ist eine länderübergreifende Zusammenarbeit unabdingbar.

Im Rahmen des Power to Heat Kontextes werden die Potenziale stromgeführter Wärmepumpen in Kombination mit Speichertechnologien aus ökonomischer, technischer und sozialer Sicht untersucht. Basis bildet die Entwicklung eines nachhaltigen strompreis- und RE-einspeiseabhängigen Steuerungskonzeptes zur Wärmepumpen- und Speichereinsatzplanung. Nach der Durchführung von Simulationsrechnungen werden die Erkenntnisse anhand von Pilotinstallationen in der Großregion evaluiert. Hierbei spielt neben der technischen Machbarkeit und der Wirtschaftlichkeit die soziale Akzeptanz eine entscheidende Rolle. Ziel ist es über innovative Steuerungskonzepte für reversible Wärmepumpen einen optimalen Betrieb der Wärmepumpe-Speicher Technologie zu identifizieren um neben der Heiz- auch die Kühlperiode mit hoher Photovoltaik-Einspeisung zu berücksichtigen. Hierbei sind neben klassischen technischen Speichern auch neue Technologien, wie Bauteilaktivierung und Phase Change Materials (PCMs), von Bedeutung. Durch die Wärmepumpe-Speicher Technologie sollen klassische Heizsysteme wie Ölheizungen aus dem Markt verdrängt und somit die Umweltfreundlichkeit der Großregion durch CO2-Reduktion gesteigert werden. Des Weiteren fungiert diese Technologie als Demand Side Integration (DSI) Instrument. Durch den zeitlich angepassten Stromverbrauch an die Erzeugung wird eine Verringerung des Ausbaubedarfs der Verteilnetze ermöglicht. Die Feldtestphase bietet hier die Möglichkeit der Validierung der Simulationsergebnisse, einer besseren Extrapolation der Erkenntnisse auf die Großregion und das Entstehen einer europäischen Modellregion für die Wärmewende.

Weitere Informationen unter Sabine.Hoffmann(at)bauing.uni-kl.de