Großwärmepumpen zur Nahwärmeversorgung - Untersuchung von Betriebsstrategien

摘要

Wärmepumpen ermöglichen eine umweltfreundliche und energieeffiziente Wärmeversorgung, wenn erneuerbare Energiequellen (Strom und Wärme) genutzt werden. Deswegen gewinnen Wärmepumpen im Rahmen der Energiewende gegenüber traditionellen Heizkesseln mit einer Verbrennung von fossilen Brennstoffen an Bedeutung. In diesem Kontext wird im Verbundvorhaben „Zwickauer Energiewende Demonstrieren - ZED" der Einsatz von einem Wärmepumpen-Speicher-System zur Realisierung eines Null-Emissions-Quartiers in der Stadt Zwickau untersucht. Dieses Vorhaben entstand im Rahmen der Förderinitiative des BMBF und des BMWi mit dem Titel „Solares Bauen/Energieeffiziente Stadt" und startete im November 2017. Im Projekt sollen die Wärmepumpen den Rücklauf eines bestehenden Fernwärmenetzes als Wärmequelle nutzen. Wegen des begrenzten Quellenvolumenstroms ist die Standard-Temperaturspreizung im Verdampfer der meisten marktüblichen Wärmepumpenanlagen nicht ausreichend, um die vorliegende Heizlast zu decken. Als eine mögliche Lösung kann die Beimischschaltung auf der Wärmequellenseite eingesetzt werden, um die Betriebstemperatur des Verdampfers zu senken und die Temperaturdifferenz auf der Wärmequellenseite zu erhöhen, wodurch die Heiz-Leistungszahl sinkt. Eine andere Lösungsvariante ist die Erhöhung der Temperatursprei-zung direkt am Verdampfer. Auch in diesem Fall sinkt die Heiz-Leistungszahl. In dieser Arbeit werden zwei Schaltungen bzw. Betriebsstrategien von Wärmepumpen theoretisch untersucht: a) Einbau der Beimischschaltungen im Wärmepumpensystem mit Standard-Temperaturspreizung im Verdampfer (5 K) und b) konstanter Wasservolumenstrom im Verdampfer mit variierender Temperaturspreizung bis 15 K. Die Untersuchungen des Wärmepumpensystems erfolgten mit dem Simulationsprogramm EBSILON®Professional. Die Simulationen der Betriebspunkte zeigen, dass die Wärmepumpen mit variierender Temperaturspreizung im Verdampfer bessere Heiz-Jahresarbeitszahlen erreichen.