Neuartige energieeffiziente umkehrbare Wärmepumpe heizt im Winter und kühlt im Sommer
Wärmepumpen sind eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Heizungssystemen. In einem BFE-Projekt wurde eine neuartige Wärmepumpe entwickelt, welche sowohl als Heizung als auch als Kühlanlage eingesetzt werden kann. Das IEFE ist dabei für die Performance-Messungen und Optimierungsmassnahmen dieser umkehrbaren Wärmepumpe zuständig.
Ende Juni fand die bereits 24. Tagung des Forschungsprogramms «Wärmepumpen und Kältetechnik» des Bundesamts für Energie BFE in Burgdorf statt. Viele Referenten präsentierten an Praxisbeispielen den Einsatz und die Umsetzung von verschiedensten Wärmepumpenanlagen und die dazugehörige Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Stefan Rohrer vom ZHAW-Institut für Energiesysteme und Kältetechnik (IEFE) stellte an der Tagung das laufende BFE-Projekt zur Entwicklung und Performancemessung einer neuartigen umkehrbaren Luft/ Wasser-Wärmepumpe vor, woran das IEFE mit anderen Projektpartnern arbeitet.
Wärmepumpen als ökologische Alternative
Wärmepumpen sind eine ökologische Alternative zu fossilen Heizungssystem und werden in Neubauten oder bei Renovationen immer öfter eingebaut. Bei modernen Bürogebäuden mit dichten und energieeffizienten Hüllen wird neben dem Heizbetrieb im Winter vermehrt auch ein Kühlbetrieb im Sommer unerlässlich. Mit einer umkehrbaren Wärmepumpe können beide Bedürfnisse mit einer einzigen Maschine gedeckt werden. Die dabei oftmals verwendeten synthetischen Kältemittel sind jedoch vielfach umweltschädlich. Eine Lösung für eine ökologische Anwendung bietet die Verwendung eines natürlichen Kältemittels. Umkehrbare Wärmepumpen mit natürlichem Kältemittel sind jedoch momentan noch nicht standartmässig verfügbar.
Das von Rohrer vorgestellte BFE-Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung und Performance-Messungen einer solchen reversiblen Wärmepumpe. In Winterthur wurde ein Bürogebäude nach MINERGIE-P Standards erbaut und eine solche reversible Wärmepumpe eingesetzt. Die neu entwickelte umkehrbare Wärmepumpe verwendet Propan als natürliches Kältemittel. Dadurch können sehr umweltschonende Eigenschaften mit sehr attraktiven thermodynamischen Eigenschaften verbunden werden, wodurch sich eine möglichst hohe Effizienz in beiden Betriebsmodi einstellt. Dieses Gebäude und die Wärmepumpen-Anlage dienen nun als Forschungsobjekt für das BFE-Projekt.
IEFE führt optimierungsorientierte Performance-Messungen durch
Am Gesamtprojekt arbeiteten neben dem IEFE auch die Scheco AG, die 3-Plan Haustechnik AG und die Hochschule für Technik Rapperswil (HSR). 3-Plan war verantwortlich für die Projektleitung, das Konzept und die Messtechnik des Gebäudes. Die Scheco AG befasste sich mit der Planung, dem Bau und der Inbetriebnahme der Wärmepumpe. Und die HSR war verantwortlich für die Analyse des Gesamtsystems (Gebäude mit Wärmepumpe).
Der Beitrag des IEFE am Projekt stellte die Performance-Messung der eingesetzten reversiblen Wärmepumpe dar. Zur Analyse der Wärmepumpenanlage wurde eine On-Site-Performancemessung installiert, mit welcher sich alle wichtigen Prozessgrössen erfassen lassen. Im Winter wie auch im Sommer soll die jeweilige Performance des Heizbetriebs und des Kühlbetriebs genauestens untersucht werden. In der Heizperiode 2017/2018 wurde nun die erste Heizperiode Analysiert. Aus den erfassten Daten sollen dann im darauffolgenden Jahr die daraus erarbeiteten Optimierungsvorschläge angewendet werden, um die Performance der Maschine noch weiter zu erhöhen. Die Performance-Analyse umfasste die vollständige Analyse des Prozesses und dessen Effizienz und die Analyse der gesamten Energien, also den Stromverbrauch und die produzierte Wärmemenge während der gesamten Heizphase.
Nach den ersten durchgeführten Messungen und Analysen befindet Rohrer: «Die Performance-Messungen sind bisher sehr gut verlaufen. Daraus konnten wir Optimierungsvorschläge für den Heizbetrieb formulieren, welche wir sicher termingerecht werden anwenden können um somit die Performance der reversiblen Wärmepumpe noch weiter verbessern zu können.»