Energieversorgungssystem mit PVT-Kollektoren, Latentwärmespeicher und Wärmepumpe
Foto: CAEDas vor gut drei Jahren mit Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gestartete Forschungsprojekt RENBuild hat zum Ziel, ein Gesamtsystem für die klimagerechte Energieversorgung für Gebäude mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft zu entwickeln. Dieses wollen die Forscher:innen bis Ende 2023 in der Praxis testen.
Das RENbuild-System besteht aus solaren Hybridkollektoren, die elektrische Energie, Wärme- oder Kälteenergie bereitstellen können, einem kombinierten Wärme- und Kältespeicher, einem flexiblen Wärmepumpensystem und einer intelligenten Gebäudeautomation, welche die Energieflüsse je nach Bedarf regelt und steuert. Jede Komponente haben die Forscher:innen im Projekt weiterentwickelt und unter den Gesichtspunkten der Systemintegrierbarkeit optimiert. Ein zentrales Element stellt die multivalente, reversible Wärmepumpe dar. Dabei nutzt die Wärmepumpe gleich mehrere Wärmequellen und Wärmesenken. Als multivalentes Systemsetzt man sie zum Heizen und Kühlen ein.
Ein großer Vorteil der eingesetzten PVT-Kollektoren gegenüber Luftwärmetauschern ist laut den Projektbeteiligten deren absolut lautloser Betrieb sowie die Möglichkeit der Nutzung vorhandener Dach- oder Fassadenflächen. Immissionsschutz sowie fehlende Stellflächen für den Wärmetauscher stellen somit kein Hindernis für den Einsatz einer Wärmepumpe dar. Die Vermeidung eines Flächenkonflikts auf dem Dach zwischen Photovoltaik und Solarthermie ist ein weiterer Vorteil der Hybrid-Kollektoren. Die genannten Punkte machen den im Projekt verfolgten Ansatz grundsätzlich auch für den dicht bebauten städtischen Bereich und für Nachrüstungen im Gebäudebestand interessant.
Klimagerechte Energieversorgung für Gebäude mit Latentwärmespeicher
So kann man das System auch dort einsetzen, wo man weder Erdsonden realisieren kann, noch geeignete Stellflächen für Luftwärmetauscher zur Verfügung stehen. Um vorhandene Umweltenergie möglichst effizient zu nutzen, werden im RENBuild-System Latentwärmespeicher, sogenannte PCM-Hybrid-Speicher mit einer damit etwa dreifach höheren Speicherfähigkeit als herkömmliche Wasserspeicher eingesetzt. Diese speichern die erzeugte Wärme oder Kälte für die spätere Nutzung zwischen. Die Speicherbeladung kann prinzipiell sowohl rein passiv über die PVT-Kollektoren als auch Wärmepumpen-unterstützt erfolgen. Wobei hier die Wärmepumpe vorrangig mit dem zeitgleich erzeugten PV-Strom betrieben werden soll.
Das Besonders an diesem Ansatz für die klimagerechte Energieversorgung für Gebäude ist, dass es mit Hilfe der Wärmepumpe möglich ist, Wärme und Kälte gleichzeitig zu erzeugen. Die Wärmepumpe entzieht dem Kältespeicher die Wärme und kühlt ihn dabei. Diese Wärme führt sie dem Wärmespeicher mit einer höheren Temperatur zu. Perspektivisch ermöglicht die Einbindung dieser Hochleistungsspeicher auch netzdienliche Betriebsweisen, immer dann, wenn es ein Überangebot an Strom gibt. Die intelligente Steuerung und Regelung sichert einen energieoptimierten Anlagenbetrieb, bei dem sogar die Wetterprognose berücksichtigt wird. Das Gesamtsystem weist dadurch einen hohen Eigenverbrauch des selbsterzeugten PV-Stroms und dadurch einen deutlich geringeren Strombezug aus dem Netz auf, im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen.
Testphase mit einem Wohnhaus und einem Bürogebäude
Frühzeitig wurde mit den Planungen für zwei Demonstrationsgebäude (ein Wohnhaus und ein Bürogebäude) begonnen. Das Wohngebäude ist seit Herbst des vergangenen Jahres in Betrieb. Dazu Hanse Haus: Das Bürogebäude soll bis zum Sommer 2023 in Betrieb gehen. Beide Gebäude durchlaufen noch dieses Jahr eine intensive Messphase.
Projektbeteiligte sind unter der Federführung des Center for Applied Energy Research (CAE) in Würzburg, die Universität Paderborn sowie die Unternehmen PA-ID Automation und Vermarktung GmbH, Neuberger Gebäudeautomation GmbH, Dipl.-Ing. Hölscher GmbH & Co KG, ESDA Technologie GmbH, Ratiotherm GmbH & Co. KG, Renz Solutions GmbH und die Hanse Haus GmbH & Co. KG. Das Forschungsvorhaben wird mit rund drei Millionen Euro gefördert.
3.2.2023 | Quelle: CAE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH
