Analyse von Machbarkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Luft-Erdwärmetauschern als Wärmequelle für Luft/Wasser-Wärmepumpen

Ziel des Mikroprojekts AMELi (Analyse der Machbarkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Luft-Erdwärmetauschern als Wärmequelle für Luft/Wasser-Wärmepumpen) ist es, die Effizienz von Luft-Erdwärmetauschern als Wärmequelle für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe im Kontext der Bodeneigenschaften und des Klimas in Deutschland zu untersuchen.
Ausgehend von dem für eine Wärmepumpe erforderlichen, exemplarischen Luftvolumenstrom wird eine Parameterstudie unter Berücksichtigung der Parameter des Luft-Erdwärmetauschers (Rohrlänge, Anzahl der Rohre, Durchmesser, Abstand zwischen den Rohren und Tiefe) durchgeführt. Hierfür werden dynamische Simulationen mit der Software TRNSYS für hunderte Kombinationen von Luft-Erdwärmetauscher-Parametern durchgeführt. Die thermische Leistung des Luft-Erdwärmetauschers in Kombination mit der Luft/Wasser-Wärmepumpe wird anhand der Luft-Erdwärmetauscher-Austrittstemperatur, der Leistungszahl der Wärmepumpe und der Heizleistung bewertet. Abschließend erfolgt die Bewertung unter ökonomischen Gesichtspunkten, um die Machbarkeit eines Luft-Erdwärmetauschers für den Standort Deutschland zu untersuchen.

 

 

Ergebnis

Anhand von über 1600 Simulationen wurde die thermische Leistung des Luft-Erdwärmetauschers für verschiedener Parameterkonfigurationen bewertet und es konnte gezeigt werden, dass durch die Kombination eines Luft-Erdwärmetauschers mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe deren Quelltemperatur angehoben wird und dadurch die Effizienz gesteigert werden kann. Das Einsparpotential der untersuchten Varianten wurde aber durch den Verbrauch der zusätzlichen Ventilatoren überkompensiert wodurch der Betrieb unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten nicht sinnvoll war. Zusätzlich wurde gezeigt, dass in Deutschland mit sehr hohen Kosten für die Installation des Luft-Erdwärmetauschers zu rechnen ist. Hier besteht hohes Einsparpotential durch die Kombination mit ohnehin notwendigen Baumaßnahmen. Es ist jedoch anzumerken, dass die Simulationen teilweise unter idealisierten Bedingungen durchgeführt werden mussten. Um die wirtschaftliche Umsetzbarkeit eines Luft-Erdwärmetauschers am Standort Deutschland abschließend bewerten zu können und die Datenlage für die Simulationsstudie zu verbessern, sind weitere praktische Untersuchungen der Technologien notwendig.

 

Veröffentlichung

 

Laufzeit:
07/2023 bis 12/2023
Kontakt:
Stephan Schulte
Arbeitsfeld(er):
Technische Innovationen