Felduntersuchung von erd gekoppelten Wärmepumpen für die
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Wissenschaft Wärmepumpen The energy and efficiency performance of 16 large heat pump systems was assessed in detail based on multi-annual measurement campaigns. For the heat pump systems, seasonal performance factors from 2.3 to 6.1 kWhtherm/kWhel have been achieved. The use of groundcoupled reversible heat pumps for cooling is also an efficient and sustainable approach to cooling building. Here, the relatively high supply water temperatures of 16 to 20 °C allow for cooling with good energy efficiencies. Autoren (v.l.): Dr.-Ing. Doreen Kalz; Simon Winiger, M.Sc.; Dipl.-Ing. Martin Sonntag; Dipl.-Ing. Sebastian Herkel Thermische Anlagen und Gebäudetechnik, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg 30 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 1 Analysen zeigen, dass in Abhängigkeit der CO2-Reduktionsziele ein Wandel der Heizungstechnologien erforderlich wird. Während die Heizungstechnologien bei Vorgabe einer 80-prozentigen Reduktion der gesamten CO2-Emissionen noch zu einem großen Teil von fossilen Energieträgern dominiert werden, wandelt sich die Zusammensetzung bei CO2-Reduktionen größer 85 % hin zu einem fast vollständig auf elektrischen Wärmepumpen basierenden System. Der Anteil der wärmenetzgebundenen Versorgung beträgt dann rund 35 %. In Abhängigkeit der betrachteten Szenarien sollte der Anteil der bereitgestellten Wärme über Wärmepumpen im Heizwärmesektor im Jahr 2050 auf ca. 30 bis 40 % ansteigen [1]. Damit legen die Ergebnisse der stündlich aufgelösten, sektorübergreifenden Systemoptimierung nahe, dass elektrische Wärmepumpen für die Versorgung des Gebäudesektors in Zukunft massiv an Bedeutung gewinnen werden. E n d e n e r g i e Wärmetauscher/ Direktbetrieb Grundwasserbrunnen Hauptverteilung Wärmepumpe maschinelle Lüftungsanlage KÜHLFALL Erdsonde Wärmespeicher HEIZFALL Energiepfahl thermoaktive Bauteilsysteme Wärmepumpe Erdkollektor I WP II III N u t z e n e r g i e Heat pump ⋅ nonresidential buildings ⋅ energy efficiency ⋅ long-term monitoring Eine große Herausforderung der Energiewende ist der Wandel von einer derzeitig zentralen hin zu einer zumindest anteilig dezentralen elektrischen Energieversorgung mit erneuerbaren Energien. Die zunehmende schwankende Einspeisung aus erneuerbaren Energien in das Stromnetz führt zu einer wachsenden Stromnetzbelastung, die ein effizientes Management von Stromangebot und -nachfrage erfordert. Der heute noch stark von fossilen Energien dominierte Heizwärmesektor wird sich infolge der Umstellung des deutschen Energiesystems ebenfalls verändern müssen. Berechnungen mit dem am Fraunhofer ISE entwickelten „Regenerative Energien Modell Deutschland“ (REMod-D) machen deutlich [1], dass ein optimales Systemzusammenspiel aller Sektoren in Deutschland nur durch eine zunehmende Konvergenz des Strom- und Wärmesektors gelingt. Die mit dem Modell durchgeführten GRUNDWASSER Field monitoring of groundcoupled heat pump systems for heating and cooling supply of nonresidential buildings: Analysis of energy and efficiency performance Einleitung U m w e l t e n e r g i e Auf Basis von mehrjährigen Messkampagnen wurde die Energie- und Effizienzperformance sowie das Betriebsverhalten von 16 großen Wärmepumpenanlagen detailliert bewertet. Es wurden Jahresarbeitszahlen von 2,3 bis 6,1 kWhtherm/kWhel erreicht. Die Nutzung von erdreichgekoppelten, reversiblen Wärmepumpen zur Kälteerzeugung stellt auch ein effizientes und nachhaltiges Konzept zur Gebäudekühlung dar. Hier ermöglichen die relativ hohen Vorlauftemperaturen zur Kühlung im Sekundärkreis von 16 bis 20 °C gute Energieeffizienzen. Messtechnisch wurden in Projekten Jahresarbeitszahlen für den Kühlbetrieb von 2,1 bis 5,0 kWhtherm/kWhel nachgewiesen. Felduntersuchung von erd­ gekoppelten Wärmepumpen für die Wärme- und Kälteversorgung von Nichtwohngebäuden: Analyse der Energie- und Effi­zienzperformance ERDREICH Wärmepumpe ⋅ Nichtwohngebäude ⋅ Energieeffizienz ⋅ Langzeitmonitoring IV Allgemeine Systemdarstellung der Heiz- und Kühlkonzepte in Kombination mit natürlichen Umweltwärmequellen und -senken sowie der Bilanzgrenzen I bis V zur Bewertung www.ki-portal.de Wissenschaft Wärmepumpen Weiterhin können elektrische Wärmepumpen durch die Kopplung an thermische Speicher dazu genutzt werden, überschüssigen Strom in thermische Energie zu wandeln, um so negative Residuallastverläufe zu glätten. Insbesondere Wärmepumpen im größeren Leistungsbereich für die Versorgung von Büro- und Gewerbegebäuden haben großes Potenzial, durch eine abgestimmte Interaktion mit dem elektrischen Versorgungsnetz eine Lastverschiebung durch das effiziente Erzeugen und Zwischenspeichern von Wärme und Kälte zu ermöglichen und damit einen Beitrag zur Netzstabilität zu leisten. Schon heute haben sich Wärmepumpen, insbesondere im Bereich der Versorgung von Wohngebäuden, etabliert. Einen Beleg hierfür liefern die Verkaufszahlen, die sich seit 2006 relativ kontinuierlich um 50.000 Stück pro Jahr bewegen, seit 2011 sogar 60.000 Stück [2]. Dies entsprach einem Marktanteil der Wärmepumpen am Gesamtmarkt der Wärmeerzeuger zwischen acht und zehn Prozent. Im Neubaumarkt erzielten Wärmepumpen im Jahr 2010 bereits einen Anteil von 24 Prozent [2]. Auch Büro- und Gewerbegebäude mit einem reduzierten Leistungs- und Energiebedarf für Heizung und Kühlung ermöglichen den effizienten Einsatz von natürlichen Umweltwärmequellen und -senken in Kombination mit Wärmepumpen. Im Winter wird das natürlich vorhandene Temperaturniveau der Umweltenergie durch eine Wärmepumpe noch geringfügig und damit wirtschaftlich günstig erhöht. Im Sommer wird das Erdreich bzw. das Grundwasser direkt als natürliche Umweltwärmesenke zur Kühlung der Gebäude genutzt. Erfordert das Gebäude und die Nutzung eine erhöhte Kühlleistung, kann Klimakälte auch durch eine reversible Wärmepumpe energieeffizient bereitgestellt werden. Wie effizient sind heutige Wärmepumpensysteme im realen Betrieb für die Wärme- und Kälteversorgung von Nichtwohngebäuden? Wo liegen Schwachstellen und was sind Erfolgsfaktoren? Im Folgenden werden Praxiserfahrungen und Betriebsauswertungen von Nichtwohngebäuden mit erdreich- und grundwassergekoppelten Wärmepumpen vorgestellt. Die dargestellten quantitativen Auswertungen basieren auf mehrjährigen Monitoringkampagnen aus den Förderprogrammen „Energieoptimiertes Bauen (EnOB)“ [3] www.ki-portal.de 2 Temperaturdifferenz (VLT-RLT) im Primärkreis [K] Temperaturdifferenz (VLT-RLT) im Sekundärkreis [K] Mittlere Temperatur im Sekundärkreis (Heizkreis) [°C] Temperaturhub zwischen Primär- und Sekundärkreis [K] Bereitgestellte Wärme durch Wärmepumpe [kWhtherm/m²a] Effizienz der Wärmepumpe, JAZ [kWhtherm/kWhel] (Bilanzgrenze WP) Gütegrad der Wärmepumpe Effizienz des Wärmepumpensystems, JAZ [kWhtherm/kWhel] (Bilanzgrenze II) Anteil des Hilfsstroms der Primärpumpe [%] 0GNX 'TRGMK = = = - - - - -- - - - : : : Analyse des Wärmepumpensystems im Heizfall: (1) Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf im Primärkreis [K], (2) Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf im Sekundärkreis [K], (3) mittlere Temperatur im Sekundärkreis (Heizkreis) [°C], (4) Temperaturhub zwischen Primär- und Sekundärkreis [K], (5) bereitgestellte Wärme [kWhtherm/m²a], (6) Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe (nur Kompressor) [kWhtherm/kWhel], (7) Gütegrad der Wärmepumpe [-], (8) Jahresarbeitszahl (JAZ) des Wärmepumpensystems (Kompressor und Primärpumpe) [kWhtherm/kWhel] bzw. [kWhtherm/kWhend], (9) Anteil des Hilfsstroms der Primärpumpe am Gesamtstrombezug des Wärmepumpen­ systems [%]. Abkürzungen: Grundwassergekoppelte, elektrische Wärmepumpen (W), erdreichgekoppelte, elektrische Wärmepumpen (G) und erdreichgekoppelte, thermische Wärmepumpen (T). und „LowEx:Monitor“ [4] des BMWi. In diesen Feldstudien werden nicht nur die im realen Betrieb erreichte Effizienz ermittelt, sondern auch die Betriebsbedingungen untersucht und das Systemverhalten analysiert. Zielstellung und Methodik Im Rahmen der Monitoringprojekte wurden Wärmepumpenanlagen über mehrere Betriebsjahre detailliert vermessen. Dabei wurden Vor- und Rücklauftemperaturen der Wärmequellen und -senken sowie der Wärmepumpe, Volumenströme, Wärme- und Kältemengen, Leistungen sowie der elektrische Energiebezug für die Kompressoren und die Hilfsaggre- gate mit hochwertigen Messgeräten erfasst und zeitlich hoch aufgelöst aufgezeichnet. Alle Messdaten wurden getrennt für die einzelnen Betriebsjahre auf Plausibilität geprüft und für folgende drei Betriebsmodi ausgewertet: ■■ Heizen: Wärmebereitstellung durch Wärmepumpe ■■ Aktives Kühlen: Kältebereitstellung durch reversible Wärmepumpe ■■ Direktes Kühlen: Umweltwärmesenke wird direkt genutzt, ohne reversible Wärmepumpe Die Messdatenanalyse wurde für jede einzelne Anlage durchgeführt und Ergebnisse sind im Quervergleich aller Anlagen für folgende Bereiche ausgewerKI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 31 32 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 250 70 11 Leistung, Direkte Kühlung [kWtherm] Volumenstrom [m³/h] Leistung Primärpumpe [kWel] 5 - Speicher, AK [l/kWtherm] BKT, FBH BKT, FBK 3,8 WP, Bilanzgrenze WP 4,9 3,6 122 3,0 8 Büro 70 62 26 0,2 9 - - - WP-System, Bilanzgrenze II WP, Bilanzgrenze WP - - 17,4 3,0 2,2 13,6 4,9 4,3 - - 6,5 5,1 3,8 - - 3,5 - - KD FBH, HD, HK - 6,0 4,8 7,0 5,7 5,1 KD HD, HK 26,3 23,1 114 3,1 2,4 18,8 2,9 2,6 FBH, HK FBK, KD 17 7 180 - - - 4,4 4,1 BKT, FBK BKT, FBH - 28,6# - 10 12 ES Büro 4.527 G09 6,2 72 100 - 21 14,9 13,3 67 - - - 3,2 - 5,7 5,0 15,7 6,6 6,1 BKT, RSE, BKT, HK, HK, K FBH BKT, KD, BKT, RSE FBK - 3,4# - b Fernwärme 75 2,5 13 20 55 19 107-149 120 48 ES Büro 17.400 G08 2x112 2x7, 1x14 291 1,6 2 - 5 - 593 1 EK Pfähle 10 - Büro 4.900 900 G07 11 12 G11 - - 15,0 3,9 3,6 BKT, RSE BKT, RSE - 29,4 - - m 68 1,1 13 15 45 15 100 5,0 4,5 k.A. 4,6 4,3 3.200 T01 14 - 12,5 - - m 40 0,3 8 30 30 16 80 8 ES - - 41,6 5,3 5,0 k.A. k.A. - 0,8 0,8 FBK FBH, HK, K 74# 150# 54 b Pellet, Solar, KKM 54 T03 16 0,9 7 - 20 13 100 10 ES - - 9,9 1,4 1,4 K K - 19,9 - Gas b 2x38 - - 15,3 1,2 1,0 BKT, FBH BKT, FBK - 64,9# - Gas b 37 0,3 6 5 10 12 110 4 ES 4.440 1.600 SportSchule halle T02 15 Thermische WP 0,3 9 - - 13 10 73 Pfähle Schule Museum 1.700 G12 13 BKT, BKT, RSE, HK FBH BKT, BKT RSE 17,2* 23,4* 87 Gas b 64 1,6 14 - 50 26 150 10 ES 11 ES Büro Büro 2.500 2.264 G10 Anmerkungen: Erdsonden (ES), Energiekorb (EK), Kombispeicher (*), mehrere Erzeuger speisen in einen Speicher ein (#), Angaben für ein Betriebsjahr (**), Trinkwarmwasser (WW), Heizen (H), direkte Kühlung mittels Umweltwärmesenke (DK), aktive Kühlung mittels reversibler Wärmepumpe (AK), Kompressionskältemaschine (KKM), Wärmepumpe (WP), Betonkerntemperierung (BKT), Fußbodenheizung/-kühlung (FBH/FBK), Randstreifenelemente (RSE), Kühldecke (KD), Heizkörper (HK), Konvektor (K) 11,1 Wärmesenke, Bilanzgrenze I Effizienz im Kühlfall (JAZ) [kWhtherm/kWhel]** 3,1 WP-System, Bilanzgrenze II - 15,8 121,2# - BKT, BKT RSE, HK BKT, KD, FBH BKT RSE KD, FBH 15,2 11,3 61 m Effizienz im Heizfall (JAZ) [kWhtherm/kWhel] bzw. [kWhtherm/kWhend] ** Kühlen Heizen - 0 11,1 Wärme- und Kälteübergabesysteme - - Leistung, AK [kWtherm] Speicher, H [l/kWtherm] Direkte Kühlung Zusätzlicher Erzeuger m 33 7 G06 25H/32DK 34 115 90 20 130 19 ES Büro 4.100 G05 6 b b m b b Gas, (+Solar NahFernPellet Solar nur WW) wärme wärme Umweltwärmesenke wird vorrangig zur direkten Kühlung der Gebäude genutzt b 57 m 75 Heizkonzept 0,8 - 12 22 53 44 12 ES 2x135 54 2,2 19 54 56 20 28 ES 42 Büro Büro 2.100 1.111 G04 Elektrische Kompressionswärmepumpe 2,4 25 115 50 - - GW 4 G01 Leistung, H [kWtherm] 2,2 11 80 80 - - GW Büro 1.600 W03 3 Typ Wärmepumpensystem: Charakteristik - 200 Leistung, H [kWtherm] - Tiefe [m] spez. Tiefe, H [m/kWtherm,WP] GW 10.650 4.600 GewerSchule be W01 Typ Umweltwärmequelle /-senke Nutzung NGF [m²] Gebäude 2 W02 1 1 Wärmepumpen in Nichtwohngebäuden: Kenndaten der analysierten Gebäude und ihrer Wärmepumpensysteme Wissenschaft Wärmepumpen www.ki-portal.de Wissenschaft Wärmepumpen tet: Energie- und Effizienzperformance, Taktverhalten, Temperaturniveaus und dynamisches Temperaturverhalten sowie Speichernutzung. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse zur Energie- und Effizienzperformance vorgestellt. Abb. 1 enthält eine Übersichtsdarstellung des Wärme- und Kälteversorgungssystems, ergänzt um vier Energiebilanzgrenzen der Wärme- und Kälteversorgung, um verschiedene Anlagen- und Energiekonzepte vergleichen zu können. Die Bilanzgrenzen umfassen folgende Subsysteme und Komponenten, wobei jeweils der gesamte Energieeinsatz inklusive Pumpen sowie Mess- und Regelungstechnik berücksichtigt wird: ■■ Bilanzgrenze I betrachtet den hydraulischen Primärkreis, also Umweltwärmequelle/-senke (Erdreich und Grundwasser) mit dazugehöriger Umwälzpumpe (Sole- oder Grundwasserpumpe) ■■ Bilanzgrenze II berücksichtig die Erzeugung von Wärme und Kälte mittels (reversiblem) Wärmepumpensystem (aktives Heizen und Kühlen) oder mittels Wärmetauscher (direktes Kühlen) einschließlich des Hilfsenergieaufwands für den Primärkreis ■■ Bilanzgrenze „Wärmepumpe“ umfasst ausschließlich die Wärmepumpe, d.h. Verdichter inklusive Steuerung und Regelung, ohne den Primärkreis Die bereitgestellte thermische Energie wird direkt nach der Wärmepumpe (also vor den Wärme- und Kältespeichern) bilanziert – bei einigen Anlagen getrennt für die jeweiligen Wärmeübergabesysteme (in der Regel Betonkerntemperierung und Lüftung). Zur Berechnung der Arbeitszahl wird die thermische Energie zum Energiebezug der elektrischen Komponenten ins Verhältnis gesetzt. Analog zu der zuvor beschriebenen elektrisch angetriebenen Kompressionswärmepumpe wird bei den Gaswärmepumpen die bereitgestellte Heizenergie auf die Summe aus Erdgaseinsatz (Heizwert in kWh) und elektrischer Energie bezogen. In den einzelnen Auswertungen werden die Gebäudenamen anonymisiert; grundwassergekoppelte Anlagen werden mit „W“, erdreichgekoppelte mit „G“ und erdreichgekoppelte, thermisch angetriebene Anlagen mit „T“ gekennzeichnet. Gebäude- und Energiekonzepte Die 16 untersuchten Büro- und Gewerbegebäude haben eine beheizte Nettowww.ki-portal.de 3 Temperaturdifferenz (VLT-RLT) im Primärkreis [K] Temperaturdifferenz (VLT-RLT) im Sekundärkreis [K] Mittlere Temperatur im Sekundärkreis [°C] Bereitgestellte Kälte mittels direkter und aktiver Kühlung [kWhtherm/m²a] Prozentualer Anteil der aktiven Kühlung an gesamt bereitgestellter Kälte [%] Energieeffizienz im Betriebsmodus direkte Kühlung, JAZ [kWhtherm/kWhel] (Bilanzgrenze I) Energieeffizienz der Wärmepumpe, JAZ [kWhtherm/kWhel] (Bilanzgrenze WP) Energie des Wärmepumpensystems, JAZ [kWh therm/kWhel] (Bilanzgrenze II) Anteil des Hilfsstroms der Primärpumpe [%] im Betriebsmodus Aktive Kühlung 0GNX 'TRGMK = = = - - - - -- - - - : : : Analyse der Umweltwärmesenke und des Wärmepumpensystems im Kühlfall: (1) Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf im Primärkreis [K], (2) Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf im Sekundärkreis [K], (3) mittlere Temperatur im Sekundärkreis (Kühlkreis) [°C], (4) bereitgestellte Kälte [kWhtherm/m²a] mittels direkter und aktiver Kühlung, (5) prozentualer Anteil der Kältebereitstellung mittels rev. Wärmepumpe [%], (6) Jahresarbeitszahl im Betriebsmodus direkte Kühlung, (7) Jahres­arbeitszahl (JAZ) der rev. Wärmepumpe, (8) Jahresarbeitszahl des rev. Wärmepumpen­systems (JAZ) im Betriebsmodus „aktive Kälteerzeugung“, (9) Anteil des Hilfsstroms der Primärpumpe am Gesamtstrombezug des Wärmepumpensystems [%]. Legende: Direkte Kühlung (hellblau) und aktive Kühlung mittels reversibler Wärmepumpe (dunkelblau). grundfläche von 800 bis 10.700 m². Die nominale thermische Heizleistung der erdgekoppelten, elektrischen Wärmepumpen liegt zwischen 33 und 322 kWtherm und die der drei Gaswärmepumpen bei 38 kWtherm. Davon werden sechs Anlagen monovalent betrieben; in zehn Gebäuden werden weitere Wärmeerzeuger wie zum Beispiel Fernwärme, Gas- oder Pelletkessel eingesetzt. In den meisten Anlagen sind Pufferspeicher mit einer Größe von 500 bis 3.000 Liter eingebunden bzw. spezifisch ausgedrückt von 4 bis 25 Liter pro Kilowatt Heizleistung der Wärmepumpe. In den Nichtwohngebäuden wird die Wärmepumpe meistens nicht zur Trinkwarmwassererzeugung eingesetzt, da der in der Regel sehr geringe Warmwasserbedarf mit dezentralen Durchlauferhitzern wirtschaftlicher gedeckt werden kann. In 13 der untersuchten Gebäude wird das Erdreich mittels 42 bis maximal 150 m tiefen Erdsonden als Umweltwärmequelle und -senke erschlossen. Die spezifische Länge der Erdsonden beträgt 15 bis 19 Meter pro Kilowatt Heizleistung der Wärmepumpe (Tab. 1). In drei Gebäuden werden grundwassergekoppelte Wärmepumpen eingesetzt. Der geförderte Volumenstrom liegt zwischen 11 und 70 m³/h. Im Sommer werden die jeweiligen Umweltwärmesenken vorrangig direkt zur Kühlung herangezogen. In sechs Gebäuden stellen reversible Wärmepumpen mit einer thermischen Leistung von 50 bis 200 kWtherm bei Bedarf zusätzlich Kälte bereit. Die meisten der untersuchten KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 33 Wissenschaft Wärmepumpen 4 Ergebnisse aus dem Langzeitmoni­ toring der Wärmepumpenanlagen DIREKTES KÜHLEN: TEMPERATUREN IM PRIMÄRKREIS Vorlauftemperatur aus dem Erdreich [°C] Bewertung der Wärmesenken im Kühlfall G06 G09 G10 G12 Rücklauftemperatur ins Erdreich [°C] Analyse der Temperaturen im Primärkreis im Betriebsmodus „Direkte Kühlung“. Vorlauftemperatur aus dem Erdreich [°C] aufgetragen über der Rücklauftemperatur ins Erdreich [°C]. Darstellung für vier Erdsondenanlagen. 5 Analyse der Temperaturen im Sekundärkreis im Betriebsmodus „Heizen“. Vorlauftemperatur [°C] aufgetragen über der Rücklauftemperatur [°C]. Darstellung für vier erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. Gebäude verfügen über eine Heizung und Kühlung mittels thermoaktiver Bauteilsysteme (TABS); in einigen wenigen werden abgehängte Kühlpaneele 34 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 eingesetzt. Die Charakteristik der Wärmepumpensysteme und Ergebnisse zur Effizienzanalyse sind in Tab. 1 dargestellt. Die energetische Bewertung der Umweltwärmequelle und -senke umfasst die in Abb. 1 dargestellte Bilanzgrenze I, d. h. die dem Erdreich entzogene (Heizfall) und eingespeicherte Wärme (Kühlfall) sowie den dafür erforderlichen Hilfsenergieaufwand für die Primärkreispumpe. In allen untersuchten Anlagen wird die Umweltwärmesenke mittels Wärmeübertrager vorrangig zur direkten Kühlung des Gebäudes genutzt. Erfordern das Gebäude und seine Nutzung eine erhöhte Kühlleistung, wird in sechs Gebäuden mittels reversiblen Wärmepumpenbetriebs Klimakälte ergänzend bereitgestellt. Das Erdsondenfeld bzw. das Grundwasser wird dann als Wärmesenke genutzt. Die durch die Wärmepumpe aktiv erzeugte Klimakälte übernimmt in diesen Gebäuden am jährlichen Gesamtkältebezug einen Anteil von 16 bis 56 % (Abb. 3). Je nach Gebäude- und Nutzungskonzept ermöglicht die direkte Kühlung mittels Erdsonden oder Grundwasserbrunnen die Bereitstellung von Klimakälte mit hoher Energieeffizienz, eine sorgfältige Planung sowohl der Hydraulik als auch der thermischen Auslegung vorausgesetzt. Für das Primärsystem im Betriebsmodus „direkte Kühlung“ (ohne den Einsatz einer reversiblen Wärmepumpe) wurden messtechnisch Jahres­ arbeitszahlen (JAZ) zwischen 10 und 18,8 kWhtherm/kWhel (Bilanzgrenze I) nachgewiesen. Bei einer Anlage wird sogar eine Effizienz von über 40 kWhtherm/kWhel erreicht (Abb. 3 und 8). Nur bei drei Anlagen liegt die JAZ unter einem Wert von 10 kWhtherm/kWhel. Die Vorlauftemperaturen aus den Erdsonden liegen im Sommer zwischen 10 und 20 °C und im Winter zwischen 6 und 14 °C. Es wird offensichtlich, dass fast alle untersuchten Anlagen im Betriebsmodus „direkte Kühlung“ mit sehr geringen Temperaturdifferenzen von 0,5 bis maximal 2,5 Kelvin zwischen Vorund Rücklauf betrieben werden (Abb. 3 und 4). Eine Regelung des Volumenstroms im Betriebsmodus „direkte Kühlung“ nach der Temperaturdifferenz wird in keinem der untersuchten Projekte umgesetzt, hätte aber eine Reduktion des Hilfsenergieaufwands für die Primärpumpe und damit eine Steigerung der Effizienz zur Folge. www.ki-portal.de Wissenschaft Wärmepumpen www.ki-portal.de 6 HEIZFALL: TEMPERATURHUB DER WÄRMEPUMPE ZWISCHEN PIRMÄR- UND SEKUNDÄRKREIS Mittlere Temperatur Sekundärkreis [°C] Die gemessenen Entzugsleistungen betragen im Sommer 10 bis 40 Wtherm/mES bezogen auf die Erdsondenlänge. Beim Einsatz einer reversiblen Wärmepumpe liegen die Temperaturdifferenzen aufgrund der höheren Rücklauftemperaturen vom Kondensator zwischen 5 und 15 Kelvin. Auch Grundwasser mit seiner ganzjährigen Temperatur von 8 bis 12°C bietet als Wärmesenke gute Bedingungen. Im Kühlfall, mit in der Regel kürzeren Betriebsperioden, wird eine Wärmemenge zwischen 18 bis 60 kWhtherm/ m²NGFa (Grundwasser) und 8 bis 48 kWh/m²NGFa (Erdsonde) eingespeichert therm (bzw. 10 bis 38 kWhtherm/mESa bezogen auf die Erdsondenlänge). Der elektrische Hilfsstrombezug für die Primärpumpe liegt im Betriebsmodus „direkte Kühlung“ zwischen Werten von 0,15 und 5,8 kWhel/m²NGFa. Die Messdatenanalyse macht deutlich, dass die korrekte Auslegung des Rohrnetzes und die Dimensionierung der Pumpe sowie die Betriebsführung einen entscheidenden Einfluss auf die Energieeffizienz der Umweltwärmesenke haben (Abb. 8). In den untersuchten Projekten variiert die installierte elektrische Pumpenleistung von 20 bis hin zu 230 Wel pro Kilowatt Kühlleistung der Wärmesenke. Detailanalysen der Geothermieanlagen zeigen große Unterschiede in der Dimensionierung und Auslegung. Das Druckgefälle der hydraulisch ungünstigen Teilstrecke im Primärkreis – Auslegungskriterium für die Primärpumpe – liegt zwischen 173 und 543 Pa/m. Dabei verursachen bei keinem der untersuchten Projekte die als U-Rohre ausgeführten Erdsonden nennenswerte Druckverluste. Einen entscheidenden Einfluss auf das resultierende Druckgefälle haben insbesondere die Hauptverteilleitung (vom Verteiler/Sammler bis zum Technikkeller mit in der Regel großen Rohrdurchmessern), die Einbauten, die Durchflussbegrenzer und der Wärmetauscher. Auch die Länge der hydraulisch ungünstigen Teilstrecke im Primärkreis variiert stark von 240 bis 540 m. Unter Berücksichtigung von entsprechenden Optimierungsmaßnahmen bei den einzelnen Anlagen in Bezug auf die thermohydraulische Auslegung ließe sich die installierte elektrische Leistung der Primärpumpen um das 1,3 bis sogar 4,2-Fache reduzieren. Im Rahmen der Planung sollten daher schon klare Vorgaben für die zu erreichende Energieeffizienz der Geothermiesysteme festgelegt werden. Ein optimal dimensioniertes Rohrnetz mit geringen Druckverlusten (kleiner 300 Pa/m), korrekt di- G06 G08 G10 G12 Mittlere Temperatur Primärkreis [°C] Analyse des Temperaturhubs zwischen Primär- und Sekundärkreis im Betriebsmodus „Heizen“. Mittlere Temperatur im Sekundärkreis [°C] aufgetragen über der mittleren Temperatur im Primärkreis [°C]. Darstellung für vier erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. mensionierten Primärpumpen (kleiner 40 Wel/kWtherm), eine optimale Rohrnetzführung, eine Volumenstromregelung der Primärpumpe nach der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (Temperaturdifferenz zwischen 3 und 5 Kelvin) und eine angepasste Betriebsführung (Strombezug kleiner 2 kWhel/(m²NGFa)) lassen bei den untersuchten Anlagen eine Effizienzsteigerung von 34 bis 50 % erwarten. Damit wird gezeigt, dass im Betriebsmodus „direkte Kühlung“ Jahresarbeitszahlen größer 20 kWhtherm/kWhel erreicht werden können. Bewertung der Wärmepumpe Im Heizfall stellen die Wärmepumpen den Gebäuden 16,8 bis 66,7 kWhtherm/ m2a Wärme zur Verfügung. Berücksichtigt man ausschließlich den Strom- bzw. Gasbezug für den Kompressor (Bilanzgrenze WP, Abb. 1), erreichen die elektrischen Wärmepumpen Jahresarbeitszahlen von 2,4 bis 6,6 kWhtherm/kWhel und die Gas-Wärmepumpen 1,1 bis 1,3 kWhtherm/ kWhend (Abb. 2, Tab. 2). Im Kühlfall bei aktiver Kältebereitstellung mittels reversiblen Wärmepumpenbetriebs werden bei drei Anlagen messtechnisch Jahresarbeitszahlen von 4,8 bis 6,0 nachgewiesen. Bei zwei weiteren Anlagen wird in den ersten Betriebsjahren lediglich eine JAZ von 2,5 bis 3,0 erreicht. Die Gütegrade aller Anlagen liegen zwischen 0,29 und 0,44 und damit unter den theoretisch möglichen (Carnot)-Arbeitszahlen (Berechnung: arithmetische Mittelwerte von Vor- und Rücklauftemperatur auf Primär- und Sekundärseite). Die deutlichen Effizienzunterschiede der einzelnen Anlagen ergeben sich hauptsächlich durch die unterschiedlichen Temperaturdifferenzen zwischen Primär- und Sekundärseite, welche primärseitig durch das Temperaturniveau der Wärmequelle und sekundärseitig durch die Art der Übergabesysteme und deren hydraulischen Verschaltung vorgegeben werden. Vorrangig wird bei allen Projekten versucht, eine Wärmeversorgung auf möglichst niedrigem Temperaturniveau umzusetzen. Im Mittel liegen die sekundärseitigen Temperaturen im Heizkreis zwischen 30 und 43 °C, bei drei Anlagen sogar nur zwischen 28 und 35 °C (Bild 5). Damit beträgt der Temperaturhub bei den erdgekoppelten Wärmepumpen zwischen Primär- und Sekundärseite im Mittel rund 20 bis 35 K. Wird Grundwasser als Wärmequelle eingesetzt, beträgt der Temperaturhub aufgrund des hohen und ganzjährig annähernd gleichbleibenden Temperaturniveaus der Wärmequelle im Mittel nur 15 bis 20 K (Abb. 2 und 6). Auch im Kühlfall, d. h. der Kältebereitstellung mit reversibler Wärmepumpe, sollte der Niedrigexergieansatz – also die KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 35 Wissenschaft Wärmepumpen Versorgung auf relativ hohem Temperaturniveau von 16 bis 20 °C – umgesetzt werden. Es zeigt sich, dass bei den zwei reversiblen Anlagen (W03, G06) mit Jah7 resarbeitszahlen kleiner 4 das mittlere Temperaturniveau im Sekundärkreis jedoch zwischen 10 und 15 °C liegt (Abb. 2). Dagegen erreichen drei weitere Anlagen MONOVALENTE VERSORGUNG Tägliche Wärme [kWhtherm/m²d] ENERGIE W03 G10 W03 G10 Tägliche Arbeitszahl EFFIZIENZ Tagesmittel der Außentemperatur [°C] BIVALENTE VERSORGUNG Tägliche Wärme [kWhtherm/m²d] ENERGIE G08 G09 G08 G09 Tägliche Arbeitszahl EFFIZIENZ Tagesmittel der Außentemperatur [°C] Bereitgestellte Wärme und Effizienz der Wärmepumpe bei monovalenter (oben) und bivalenter (unten) Versorgung. Täglich bereitgestellte Heizwärme [kWhtherm/m²d] sowie Tagesarbeitszahl [kWhtherm/kWhel] aufgetragen über dem Tagesmittel der Außentemperatur [°C]. Darstellung für jeweils zwei Anlagen. 36 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 mit mittleren Temperaturen im Sekundärkreis von 15 bis 19 °C Jahresarbeitszahlen im Kühlfall von über 5 (Abb. 3, Tab. 1). Der Einsatz und optimierte Betrieb von Niedertemperatur-Übergabesystemen führt zu hoher Energieeffizienz der Wärmepumpen von 4,4 bis 6,6 kWhtherm/ kWhel (Abb. 2: Gebäude G07, G09, G12). Analysen für das Gebäude G10 machen aber auch deutlich, dass nicht nur die eingestellte Heizkreistemperatur für die Verbraucherkreise, sondern auch die hydraulische Verschaltung von Wärmepumpe, Warmwasserspeicher und Verbraucher einen Einfluss auf die Energieeffizienz haben. Im Gebäude G10 wird sowohl die Betonkerntemperierung mit einer Temperaturanforderung von 27 bis 30 °C als auch das Lüftungsregister mit einer Temperaturanforderung von 40 bis 45 °C vom Warmwasserspeicher versorgt. Damit erfolgt die Wärmebereitstellung immer auf dem von der Lüftung geforderten höheren Temperaturniveau. Folglich erreichte die Wärmepumpe nur eine JAZ von 4,0 kWhtherm/kWhel. Dagegen werden im Gebäude G12 die unterschiedlichen Verbraucher mit den jeweiligen Temperaturniveaus hydraulisch getrennt, d. h. die Betonkerntemperierung ist durch Umschaltventile direkt an die Wärmepumpe, das Lüftungsregister aber an einen separaten Speicher angeschlossen. Messtechnisch konnte für dieses System eine JAZ von 5,2 kWhtherm/kWhel nachgewiesen werden. Die Jahresarbeitszahlen der hier untersuchten Gas-Wärmepumpen liegen mit 0,8 bis 1,4 kWhtherm/kWhend unter den Erwartungen. Beim Gebäude T03 (JAZ 1,1) ist die Ursache ein zu geringes Speichervolumen, welches dazu führt, dass die Betriebszeit der Wärmepumpe in der Regel bei unter 5 Minuten liegt und daher Takt- und Anfahrverluste überproportional ins Gewicht fallen. In Bezug auf die erreichte Effizienz (JAZ) zeigen sich keine eindeutigen Unterschiede zwischen mono- und bivalenten Anlagen. Deutlich wird die Art der Versorgung bei der eingestellten Heizkurve bzw. bei der bereitgestellten Wärme in Abhängigkeit der Außentemperatur (Abb. 7). Bei einer monovalenten Versorgung folgen der Betrieb der Wärmepumpe und die Wärmebereitstellung der Außentemperatur, wohingegen bei einer bivalenten Versorgung mit der Wärmepumpe nur die Grundlast gedeckt wird. Unerwartet werden bis auf zwei Anlagen die Wärmepumpen im Betriebsmodus Heizen auch bei relativ hohen Außenwww.ki-portal.de Wissenschaft Wärmepumpen temperaturen mit Tagesmittelwerten von 18 bis sogar 25 °C betrieben. Bei sehr kurzen täglichen Laufzeiten, von in der Summe kleiner als 60 Minuten, werden nur geringe Tagesmengen an Wärme von unter 0,5 kWhtherm/m²d bereitgestellt. Es ist davon auszugehen, dass insbesondere bei Tagesmitteln der Außentemperatur über 18 °C die Konditionierung der Bürogebäude kein Wärmebedarf erfordert. Im Gegenteil, oft wird eine Tagesmitteltemperatur größer 15 bis 18 °C als Freigabe für den Kühlbetrieb festgelegt. Vermutlich führen die implementierten Regelund Betriebsführungsstrategien zu einer Wärmeanforderung, sodass lediglich der Warmwasserspeicher auf Solltemperatur beladen und gehalten wird, aber keine Wärmeabnahme durch die Verbraucher erfolgt. Dies ist in fortführenden Untersuchungen noch zu prüfen. Die Analyse der Wärmepumpen auf Minuten- und Stundenbasis zeigt jedoch bereits, dass der kurzzeitige Betrieb der Wärmepumpen mit geringen Tageswärmemengen bei sehr kleiner Effizienz erfolgt, zum Beispiel liegen die täglichen Arbeitszahlen der Wärmepumpe bei den Gebäuden W03 und G10 in diesen Perioden unter 2,5 (Abb. 7). Während das Betriebsverhalten von Wärmepumpen im Erzeugerverbund je nach Gebäude stark unterschiedlich ist, werden die meisten der untersuchten monovalenten Wärmepumpenanlagen bei tagesmittleren Außentemperaturen unter 5 °C zwischen 5 und 25 mal täglich aktiviert und bleiben dann in der Regel für jeweils 30 bis 60 Minuten in Betrieb. Wird auch der Betrieb in der Übergangszeit mit berücksichtigt, so ergeben sich typische Betriebszeiten von 10 bis 60 Minuten. Bewertung des Wärmepumpensystems Unter Berücksichtigung des Hilfsstrombezugs für die Primärpumpen (Bilanzgrenze II, Abb. 1) erreichen die elektrischen Wärmepumpenanlagen im Heizbetrieb Jahresarbeitszahlen von 2,3 bis 6,1 kWhtherm/kWhel und die Gas-Wärmepumpenanlagen von 0,8 bis 1,3 kWhtherm/ kWhend (Abb. 2, Tab. 1). Die höchsten monatlichen Arbeitszahlen wurden bei den meisten Anlagen im Herbst gemessen, da dann das Erdreich durch die (direkte) Kühlung im Sommer regeneriert worden ist und die Gebäude noch mit niedrigen Vorlauftemperaturen beheizt werden können (Voraussetzung ist eine gut eingestellte Heizkurve). Der Anteil des Strombedarfs der Primärpumpe am Wärmepumpensystem www.ki-portal.de 8 Analyse des Kühlbetriebs im Betriebsmodus „direkte Kühlung“. Links: Energieeffizienz, ausgedrückt als Jahresarbeitszahl, aufgetragen über elektrischen Hilfsenergieaufwand der Primärpumpe [kWhel/m²a]. Rechts: Energieeffizienz, ausgedrückt als Jahresarbeitszahl, aufgetragen über der installierten elektrischen Nennleistung der Primärpumpe [Wel/kWtherm] pro Kilowatt Kälteleistung der Umweltwärmesenke. liegt zwischen 6 und 28 %, hat also je nach System einen deutlichen Einfluss auf die Gesamteffizienz. Bei den Geothermieanlagen der Gebäude G07 und G10 wird im Heizfall eine Volumenstromregelung nach der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf umgesetzt. Damit heben sich diese zwei Anlagen in Bezug auf die Temperaturspreizung im Primärkreis deutlich von den anderen Anlagen ab: Bei der Anlage G07 betragen die Temperaturdifferenzen 2 bis 4 Kelvin, bei der Anlage G10 sogar 4 bis 6 Kelvin. Die Volumenstromregelung wirkt sich unter anderem auf den elektrischen Hilfsenergiebezug der Primärkreispumpe aus, der in diesen zwei Fällen nur rund 6 % des Gesamtstrombezugs des Wärmepumpensystems beträgt; die geringsten Werte im Quervergleich aller Anlagen (Abb. 2). Der effiziente Betrieb der Anlagen erfordert eine sorgfältige Planung, sowohl der Hydraulik als auch der thermischen Auslegung der Wärmequellen. Falsche Annahmen in der Planung (zum Beispiel ungestörte Erdreichtemperatur, Entzugsleistung für Erdsonden, mögliche Fördermengen für Grundwasser) und Fehler bei der Dimensionierung führen zu unzureichenden Heiz-/ Kühlleistungen und/oder zu geringer Energieeffizienz, die im Betrieb der Anlage kaum kompensiert bzw. korrigiert werden können. Beispielsweise ist bei den Gebäuden W03, G05 und G09 die gesamte Anlage (Wärmepumpen, Erdsonden, Speicher und Pumpen) ein Komplettsystem, in dem die einzelnen Komponenten bereits vom Hersteller gut aufeinander abge- stimmt wurden. Die damit erfolgte Qualitätssicherung in Planung, Auslegung und Installation ermöglicht eine deutliche Effizienzsteigerung auf 3,8 kWhtherm/ kWhel (Grund­ wasser) und 5,1 bis 6,1 kWhtherm/kWhel (Erdreich). Zudem bietet dieses Komplettsystem im Bedarfsfall auch die Möglichkeit eines Dualbetriebes, bei dem die Wärmepumpe gleichzeitig Heiz- und Kühlenergie bereitstellen kann. Die primärenergetische Analyse unter Berücksichtigung des kumulierten Energieaufwands (KEV) für die vorgelagerte Umwandlungskette macht deutlich, dass die elektrischen Wärmepumpen (primärenergetische Effizienz 1,3 bis 2,8 kWhtherm/kWhprim) bereits bei heutigem Strommix deutlich effizienter sind als die Gaswärmepumpen (0,9 bis 1,1 kWhtherm/kWhprim) (KEV: Strom 2,19 kWhprim/kWhel und Erdgas 1,12 kWhprim/ kWhend; [5]). Im Betriebsmodus der aktiven Kühlung erreichen die reversiblen Wärmepumpenanlagen JAZ von 2,1 bis 5,0 kWh/kWhel. Je nach geforderter Vorlauftherm temperatur deckt die aktive Kühlung dabei zwischen 16 und 56 % des jährlichen Kühlbedarfs. Bei Gebäude W03 beträgt die sekundärseitige Vorlauftemperatur des Kühlwassers 12 °C und der Anteil an aktiver Kühlung 56 %. Bei Gebäude G09 beträgt die sekundärseitige Vorlauftemperatur hingegen 15 bis 19 °C und der Anteil der aktiven Kühlung liegt bei nur 16 % (Abb. 3). Die kombinierte Jahresarbeitszahl im Kühlbetrieb aus direkter und aktiver Kühlung liegt zwischen 3,4 und 12 kWhtherm/kWhel. KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 37 Wissenschaft Wärmepumpen Zusammenfassung Auf Basis von mehrjährigen Messkampagnen im Rahmen der vom BMWi geförderten Programme EnOB und LowEx:Monitor wurde die Energie- und Effizienzperformance sowie das Betriebsverhalten von 16 großen Wärmepumpenanlagen mit einem thermischen Leistungsbereich von 40 bis 322 kWtherm detailliert untersucht und bewertet. Die zentralen Ergebnisse der Studie sind: ■■ Im Heizfall erreichen die untersuchten elektrischen Wärmepumpenanlagen (Strombezug für Kompressor und Primärpumpe) Jahresarbeitszahlen von 2,3 bis 6,1 kWtherm/kWhel und die Gas-Wärmepumpenanlagen von 0,8 bis 1,3 kWtherm/kWhend. Berücksichtigt man ausschließlich den Strom- bzw. Gasbezug für den Kompressor, konnten für die elektrischen Wärmepumpen Jahresarbeitszahlen von 2,4 bis 6,6 kWhtherm/kWhel und für die GasWärmepumpen 0,8 bis 1,4 kWhtherm/ kWhend nachgewiesen werden (Anmerkung: Messperiode für jede Anlage mindestens ein Jahr). ■■ Im Mittel liegen die sekundärseitigen Temperaturen im Heizkreis zwischen 30 und 43 °C, bei drei Anlagen sogar nur zwischen 28 und 35 °C. ■■ Der Temperaturhub beträgt bei den erdgekoppelten Wärmepumpen zwischen Primär- und Sekundärseite im Mittel rund 20 bis 35 K, bei den grundwassergekoppelten Anlagen im Mittel nur 15 bis 20 K. ■■ In Bezug auf die erreichte Effizienz (JAZ) zeigen sich keine eindeutigen Unterschiede zwischen mono- und bivalenten Anlagen. ■■ Im Sommer wird Klimakälte mit hoher Effizienz (JAZ zwischen 10 und 18,7) vorrangig direkt durch die Umweltwärmesenken bereitgestellt. In sechs Gebäuden wird bei erhöhter Bedarfsanforderung auch aktive Kälte mittels reversiblen Wärmepumpenprozessen erzeugt (JAZ 2,1 bis 5,0 für das Gesamtsystem). ■■ Die durch die Wärmepumpe aktiv erzeugte Klimakälte übernimmt am jährlichen Gesamtkältebezug einen Anteil von 16 bis 56 %. Betriebserfahrungen und die systematische wissenschaftliche Auswertung der Projekte zeigt, wie wichtig die richtige Auslegung des Gesamtsystems, eine korrekte Umsetzung auf der Baustelle und schließlich eine gut abgestimmte Betriebsführung sind, um das hohe Effizienzpotenzial von Energieversorgungs- 38 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 12 2014 konzepten mit Umweltenergie wirklich auszuschöpfen. Wichtige Maßnahmen sind unter anderem ■■ eine auf das Gebäude und die Nutzung abgestimmte Heiz- und Kühlkurve, ■■ niedriges Temperaturniveau im Heizkreis für die Wärmeübergabesysteme und Leistungsabstimmung der einzelnen Verbraucher, ■■ Anpassung bzw. Optimierung der Betriebszeiten und Reduzierung des Teillastverhaltens, ■■ korrekte Dimensionierung und hydraulische Verschaltung der Wärmeund Kältespeicher, ■■ Reduzierung des Druckgefälles im Geothermiesystem und Reglung der Volumenströme nach der Temperaturdifferenz und ■■ eine auf das Gesamtsystem abgestimmte Betriebsführung. In weiteren Untersuchungen wird die Netzdienlichkeit des Wärmepumpenbetriebs bewertet, d. h. die Interaktion zwischen Gebäude, Wärmepumpensystem, Speicher und Stromnetz. Eine erste messdatenbasierte Analyse zeigt bereits, dass das Strombezugsverhalten der Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung und -kühlung meist weder besonders „netzdienlich” noch „netzadvers” ist. Große Chancen für ein netzangepasstes Verhalten liegen in der Übergangszeit mit geringer thermischer Lastanforderung. Weiterhin weisen manche hybride Systeme ein markantes Strombezugsprofil auf, welches durch eine angepasste Folgeschaltung der Wärme-/Kälteerzeuger beeinflusst werden kann. Eine Analyse von vier ausgewählten Gebäuden zeigt, dass bei einem Teil der heutigen Nichtwohngebäude mit Büronutzung kein ausgeprägtes Tagesprofil des Strombezugs zur Wärme- und Kälteerzeugung zu beobachten ist, was im Wesentlichen auf die lastglättende Wirkung träger Übergabesysteme (Fußbodenheizung, thermische Bauteilaktivierung (TABS)) zurückzuführen ist. Saisonale Unterschiede ergeben sich hauptsächlich in der Höhe, aber in deutlich geringerem Maße in der zeitlichen Struktur des Strombezugs. In anderen Fällen sind feste Zeitfenster oder Startzeiten für den Wärmepumpenbetrieb in der Regelung vorgegeben, was zu ausgeprägten Spitzen im Strombezugsprofil führt und sich stark auf die Netzdienlichkeit des jeweiligen Gebäudes auswirkt. Für Gebäudebetreiber besteht derzeit kein hinreichender finanzieller Anreiz, um durch Lastverschiebung untertägige Schwankungen im Börsenstrompreis auszunutzen. In Anbetracht der geplanten Entwicklung des deutschen Energiesystems besteht dennoch bereits mittelfristig ein beträchtliches (auch ökonomisches) Interesse daran, Residuallastschwankungen durch netzreaktive Verbraucher zu glätten und Überschüsse aus fluktuierenden, erneuerbaren Energien gezielt zu nutzen. Vor diesem Hintergrund gilt es einerseits, den möglichen Beitrag des Gebäudesektors zur Netzstabilisierung genauer zu quantifizieren, und andererseits, wirtschaftliche Anreizsysteme für Gebäudebetreiber zu entwickeln, um den Gebäudesektor für das Demand-Side-Management zu erschließen [6]. Danksagung Diese Arbeit entstand im Rahmen der Projekte LowEx:Monitor (BMWi 0327466B), EnOB:Monitor (BMWi 0327431C) und Netzreaktive Gebäude (BMWi 03ET1111A), welche mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurden. Besonderer Dank gilt auch dem Projektträger Jülich für die Unterstützung der Vorhaben. Die Autoren danken den einzelnen Evaluierungsteams und Forschungseinrichtungen für die Bereitstellung und Aufbereitung der Messdaten sowie den Bauherren für die Möglichkeit, ihre Gebäude zu untersuchen. Referenzen [1] Henning, H.-M. und Palzer, A. (2013): Energiesystem Deutschland 2050, www.ise.fraunhofer.de [2] European Heat Pump Association: Positionspapier Smart Grid und Smart Market: Der Beitrag der Wärmepumpe zur Netzstabilisierung und optimierten Strombeschaffung. Brüssel, 2012 [3]www.enob.info [4]http://lowexmonitor.ise.fraunhofer.de/ [5] Fritsche, U.R. und Greß, H.-W. (2013): Der nicht erneuerbare kumulierte Energieverbrauch des deutschen Strommix im Jahr 2012, www.iinas.org [6] Herkel, S., Palzer, A., Klein, K., Kalz, D.: Netzreaktive Gebäude im Kontext der Energiewende. EnOB-Symposium 2014 „Energieinnovationen in Neubau und Sanierung“. Essen Deutschland, Zeche Zollverein, 20.-21.3.2014 www.ki-portal.de
