Simulationsbasierte Analyse der Einflussfaktoren auf Betriebszahlen von Wärmepumpenanlagen

Betriebszahlen wie Jahresarbeitszahl und elektrischer beziehungsweise thermischer Energieverbrauch einer Wärmepumpenanlage für den privaten Gebäudesektor sind abhängig von einer Vielzahl von Parametern. Handelsübliche Wärmepumpenanlagen erreichen auf dem Prüfstand noch eine vergleichbare Effizienz, weisen jedoch bei den Arbeitszahlen im Feld große Unterschiede auf. Diese große Streuung lässt sich nicht allein durch variierende Anlagentechnik und klimatische Randbedingungen erklären, auch das Verhalten von Planer, Installateur und Nutzer spielt eine wichtige Rolle. Durch systematische Variation der Simulationsparameter können vergleichbare Bedingungen wie in einer Feldmessung geschaffen werden. Die Analyse der Einflussfaktoren Hersteller, Planer, Installateur und Nutzer zeigt, dass sie sich gleichermaßen auf die Betriebsweise von Wärmepumpenanlagen auswirken. Allein effiziente Geräte zu installieren reicht nicht aus, um hohe Arbeitszahlen im Feld erzielen zu können. Jede Anlage muss zusätzlich gründlich geplant und installiert werden. Aus den gewonnenen Erkenntnissen der Systemsimulation können Maßnahmen zur Optimierung des Gesamtsystems abgeleitet werden. Großes Optimierungspotential wurde vor allem bei der Trinkwasserbereitung identifiziert. Daher werden in dieser Arbeit ein Optimierungsalgorithmus zur Reduktion der Trinkwasserspeichertemperatur vorgestellt und dessen Auswirkungen auf das Gesamtsystem analysiert. Des Weiteren wird die Bedeutung einer gründlichen Auslegung der Wärmepumpenanlage dargestellt. Durch den Einsatz von leistungsgeregelten Komponenten wird die Dimensionierung wesentlich vereinfacht. In Hinsicht auf minimale jährliche Kosten werden daher zunächst die Drehzahlen von Kompressor, Sole- und Ladepumpe in stationären Betriebspunkten optimiert. Im Anschluss daran werden Regelstrategien für die Komponenten in der Systemsimulation implementiert und das daraus resultierende, jährliche Einsparpotential des Gesamtsystems beurteilt.