HAW_Hydraulik

Hintergrund des Projekts

Wärmepumpensysteme sind essenziell für die Dekarbonisierung des Wärmesektors, doch ihre Effizienz wird maßgeblich durch die Interaktion von Wärmepumpe, Speicher und hydraulischer Einbindung bestimmt. Aktuelle Bewertungsmethoden fokussieren primär auf thermische Verluste von Speichern, während entscheidende Faktoren wie Temperaturschichtung und hydraulische Integration unzureichend berücksichtigt werden. Dies führt zu ineffizienten Systemkonfigurationen mit erhöhtem Energieverbrauch und Betriebskosten. Bisher ist in der Planungspraxis kaum bekannt, wie sich verschiedene hydraulische Einbindungsvarianten von Wärmepumpen auf deren Effizienz auswirken.

Projektziel

Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Effizienz von Wärmepumpensystemen durch optimierte Speicher- und Regelungskonzepte deutlich zu steigern. Im Fokus steht die Entwicklung einer wissenschaftlichen Methode zur quantitativen Bewertung schichtungsbedingter Effizienzverluste in Warmwasserspeichern und deren Auswirkungen auf den Stromverbrauch der Wärmepumpe.

Ein weiteres Ziel ist die Untersuchung und Optimierung der hydraulischen Einbindung, insbesondere bei Systemen mit gemischten Heizkreisen. Zudem soll eine adaptive Regelungstechnik entwickelt werden, die durch intelligente Anpassung der Vorlauftemperatur an die Gebäudelast die Systemeffizienz maximiert. Die Ergebnisse werden in praxisnahe Planungsrichtlinien überführt, um Fachplanern und Installateuren konkrete Handlungsempfehlungen zu geben.

Projektablauf

Der Projektablauf gliedert sich in vier Phasen. Zunächst erfolgt eine umfassende Analyse des Stands der Technik und der bestehenden Forschungslücken, um die relevanten Einflussfaktoren auf die Effizienz von Wärmepumpensystemen zu identifizieren.

In der zweiten Phase werden experimentelle Untersuchungen an speziell konzipierten Prüfständen durchgeführt, um die Schichtungsdynamik verschiedener Speichertypen und deren Auswirkungen auf den Wärmepumpenbetrieb zu analysieren. Besonderes Augenmerk liegt auf der hydraulischen Einbindung und deren Einfluss auf die Systemeffizienz.

Die dritte Phase umfasst die numerische Modellierung und Simulation der untersuchten Systemkonfigurationen. Diese Modelle ermöglichen eine detaillierte Analyse der thermohydraulischen Prozesse und die Identifikation optimaler Systemparameter, insbesondere für Systeme mit gemischten Heizkreisen.

In der abschließenden Phase werden die entwickelten Optimierungsmaßnahmen in Feldtests unter realen Betriebsbedingungen validiert. Parallel erfolgt die Entwicklung adaptiver Regelungsalgorithmen. Die Ergebnisse werden in praxisorientierte Planungsrichtlinien überführt und durch Publikationen sowie Fachveranstaltungen kommuniziert.

Innovation

Das Vorhaben entwickelt eine Bewertungsmetrik, die den schichtungsbedingten Mehrenergiebedarf quantifiziert und eine direkte Vergleichbarkeit verschiedener Speicherkonzepte ermöglicht. Zudem werden optimierte Systemkonfigurationen für gemischte Heizkreise und adaptive Regelungsstrategien erforscht. Diese werden in praxisorientierte Planungsrichtlinien überführt, um die Effizienz von Wärmepumpensystemen zu steigern und damit zur Reduktion des Primärenergiebedarfs und der CO₂-Emissionen beizutragen.