IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 40, No. 2/2021

Die aktuellen Artikel in dieser Ausgabe befassen sich mit der Integration von thermischen Energiespeichern in Wärmepumpen und Kühlsystemen. Die "Net Zero by 2050: a Roadmap for the Global Energy Sector" der IEA wird ebenfalls im Vorwort diskutiert und in einem Kommentar bewertet. In dieser Ausgabe werden auch die Ergebnisse der 13. IEA-HPC-Konferenz vorgestellt, die in Jeju, Südkorea, hybrid stattgefunden hat.

Herausgeber: IEA Heat Pump Center, 2021
Englisch, 36 Seiten

Inhaltsbeschreibung

In seinem Vorwort geht Paul Friedel, Annex 55 Operating Agent, auf die "revolutionäre" Veröffentlichung des IEA-Fahrplans für eine kohlenstofffreie Gesellschaft bis 2050 ein. Zum ersten Mal schlägt die IEA einen radikalen und plötzlichen Bruch in der Art und Weise vor, wie unser globales Energiesystem gestaltet werden soll.

An anderer Stelle hat ein niederländisches Gericht Royal Dutch Shell angewiesen, seine Emissionen bis 2030 um 45 % gegenüber 2019 zu senken. Mit dieser beispiellosen gerichtlichen Anordnung wird zum ersten Mal ein Wirtschaftsunternehmen für mögliche künftige Umweltauswirkungen verantwortlich gemacht.

Um diesen Schwung fortzusetzen und die im IEA-Bericht genannten Ziele zu erreichen,
müssen alle Sektoren Maßnahmen treffen. Vor allem der Wärmepumpenmarkt muss in atemberaubendem Tempo wachsen. Nicht nur mit bestehenden Lösungen, sondern auch mit neuen integrierten Lösungen für Heizung und Kühlung, bei der Wärmepumpen und Speicher nahtlos in das Energiesystem integriert sind.

Dieses Thema wird von Annex 55 adressiert und zu dessen Hauptempfehlungen es gehört, mit der Ausarbeitung von Umsetzungsstrategien für Wärmepumpen und Wärmespeicher zu beginnen. Die thematischen Artikel in dieser Ausgabe befassen sich alle mit der Integration von Wärmepumpen und Wärmespeichern und helfen uns so, die künftigen Herausforderungen besser zu verstehen und zu antizipieren.

Kolumne

„Französische Bauvorschriften: Ein wichtiger Treiber für die Entwicklung des Wärmepumpenmarktes"

Michéle Mondot (Cetiat), Valérie Laplagne (Uniclima)

Nationale oder regionale Vorschriften sind ein effizienter Motor für die Beschleunigung der Marktdurchdringung von Wärmepumpen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die französische RT2012-Verordnung, die als erfolgreiches Beispiel zur Beschleunigung der Einführung von Wärmepumpen gesehen wird. Seit ihrer Einführung wurde diese erordnung immer wieder geändert, um den technologischen Fortschritten bei Wärmepumpenprodukten Rechnung zu tragen. Diese Anpassungsfähigkeit hat das Aufkommen innovativer Wärmepumpentechnologien ermöglicht.

RT2012 wird im Januar 2022 durch eine neue Verordnung, RE2020, ersetzt. RE2020 wird die Energieverbrauchsanforderungen für Gebäude verschärfen und neue Umweltanforderungen einführen.

Veröffentlichung des IEA-Berichts Net Zero by 2050 - A Roadmap for the Global Energy Sector

Der von der IEA am 18. Mai 2021 veröffentlichte Sonderbericht zeigt, dass der Weg zu dem wichtigen und ehrgeizigen Ziel von Netto-Null-Emissionen schmal ist, aber enorme Vorteile bringt. Der Bericht, Net Zero by 2050 - A Roadmap for the Global Energy Sector, zeigt, dass Wärmepumpen und effiziente Kühltechnologien eine wichtige Rolle bei der Erreichung dieses Ziels spielen.

In dem Artikel werden einige wichtige Punkte des Berichts in Bezug auf Gebäude, Wärmepumpen und Energie bewertet, wobei hervorgehoben wird, dass Wärmepumpen und effiziente Kühltechnologien eine wichtige Rolle bei der Erreichung des Null-Emissionsziels spielen. Die Autoren betonen, dass die Regierungen ihre Ausgaben für Forschung und Entwicklung - sowie für die Demonstration und den Einsatz sauberer Energietechnologien - rasch erhöhen und neu priorisieren müssen, um sie in den Mittelpunkt der Energie- und Klimapolitik zu stellen.

Die Pressemitteilung und den vollständigen Bericht finden Sie unter diesem Link:

Pathway to critical and formidable goal of net-zero emissions by 2050 is narrow but brings huge benefits, according to IEA special report

Die Höhepunkte der 13. IEA-Wärmepumpenkonferenz

Prof. Minsung Kim

Aufgrund der COVID-19-Pandemie wurde die 13. IEA-Wärmepumpenkonferenz (HPC2020) vom 26. bis 29. April 2021 sowohl online als auch offline abgehalten. Der Offline-Veranstaltungsort war das Ramada Plaza Hotel Jeju, Korea.

Die diesjährige HPC befasste sich mit allen Bereichen der Wärmepumpentechnologie. Im Rahmen der Konferenz wurden sechs Plenarvorträge von renommierten Rednern und 201 Fachbeiträge gehalten. Mehr als 370 Teilnehmer aus 26 Ländern besuchten die Konferenz und konnten mit Experten aus der ganzen Welt fruchtbare Diskussionen über wissenschaftliche und technologische Fragen der Wärmepumpentechnik führen. In technischen Sitzungen und Präsentationen wurde eine Reihe von Themen adressiert, darunter Hochtemperatur-Wärmepumpen, modernste Entfeuchtungstechnologien, Lebensmittellagerungssysteme und Wärmepumpen für nZEB.

Zur Förderung der studentischen Aktivitäten auf dieser Hybridkonferenz wurde ein globaler studentischer Videowettbewerb veranstaltet. Dieser Wettbewerb bot die Möglichkeit, ein Video zu erstellen, um Ideen und relevantes Wissen zu den Themen Wärmepumpenanwendungen, Umweltfragen, Energie oder die Arbeit von Studenten im Labor auszutauschen. Das Video der RWTH Aachen gewann die Goldmedaille für ihr Video mit dem Titel "Sherlock HiLmes: Das Abenteuer der "Hardware in the Loop"-Untersuchungen von Wärmepumpen - Ein Fall von Effizienz".

Nach der Preisverleihung wurde das Werbevideo der 14. Wärmepumpenkonferenz ausgestrahlt. Die Konferenz wird vom 15. bis 18. Mai 2023 in Chicago, Illinois, in den USA stattfinden. Das vorgeschlagene Thema lautet "Heat Pumps - Resilient and Efficient.

Die Rittinger-Preisträger 2021

Der RvR-Preis ist die höchste internationale Auszeichnung auf dem Gebiet der Klimaanlagen, Wärmepumpen und Kältetechnik. Als Einzelpreisträger erhielten Jussi Hirvonen, Direktor des finnischen Wärmepumpenverbandes, und Prof. Ruzhu Wang, Shanghai Jiao Tong University, die RvR-Preise. Das Center for Environmental Energy Engineering (CEEE) an der University of Maryland erhielt einen RvR-Preis als Team.

Das Forscherteam des Center for Environmental Energy Engineering (CEEE) an der University of Maryland arbeitet an der Spitzenforschung im Bereich der Wärmepumpentechnologie. Das Team des Zentrums für Umweltenergietechnik, das den Rittinger-Preis 2021 erhielt, besteht aus:

  • Dr. Reinhard Radermacher, Direktor des Zentrums und Minta-Martin-Professor für Ingenieurwissenschaften, Professor für Maschinenbau
  • Dr. Yunho Hwang, Co-Direktor und Forschungsprofessor
  • Dr. Vikrant Aute, Co-Direktor und Forschungswissenschaftler
  • Dr. Jiazhen Ling, Assistenz-Forschungsprofessor
  • Herr Jan Muehlbauer, Fakultätsspezialist und Labor

Presseerklärung

Berichte von den technischen Sitzungen der HPC202

Der Bericht enthält eine kurze Zusammenfassung der einzelnen Fachsitzungen. Der Tagungsband der 13. IEA-Wärmepumpenkonferenz kann über die HPC-Publikationsdatenbank bestellt werden.

Vorstellung der 14. IEA-Wärmepumpenkonferenz „Heat Pumps - Resilient and efficient" in Chicago

Die 14. IEA-Wärmepumpenkonferenz wurde von Brian Fricke, dem Vorsitzenden des nationalen Organisationskomitees, während der Abschlusszeremonie der 13. IEA-Wärmepumpenkonferenz vorgestellt. Die Konferenz wird das Thema "Wärmepumpen - belastbar und effizient" haben und vom 15. bis 18. Mai 2023 in Chicago stattfinden.

Brian Fricke schloss die Präsentation, indem er alle in zwei Jahren in Chicago willkommen hieß.

Laufende Annex Projekte

Fett kennzeichnet den Operating Agent
* Teilnehmer aus ECES TCP

  • Annex 49 Design and integration of heat pumps for nZEB 49
    AT, BE, CH, DE, NO, SE, UK, US
  • Annex 50 Heat pumps in multi-family buildings for space heating and DHW
    AT, CH, DE, DK, FR, IT, NL
  • Annex 51 Acoustic signature of heat pumps
    AT, DE, DK, FR, IT, SE
  • Annex 52 Long term measurements of GSHP systems performance in commercial, institutional and multi-family buildings
    DE, FI, NL, NO, SE, UK, US
  • Annex 53 Advanced cooling/refrigeration technologies development
    CN, DE, IT, KR, US
  • Annex 54 Heat pump systems with low GWP refrigerants
    AT, DE, FR, IT, JP, KR, SE, US
  • Annex 55 Comfort and Climate Box
    AT, BE, CA*, CH*, CN, DE, IT, NL, SE, TR*, UK, US
  • Annex 56 Internet of things for heat pumps
    AT, CH; DE; DK, FR, NO, SE
  • Annex 57 Flexibility by implementation of heat pumps in multi-vector energy systems and thermal networks
    DK NL
  • Annex 58 High-temperature heat pumps
    AT, BE, CA, DK, DE, FR, NL, NO, JP

 

Annex 49: Design and Integration of Heat Pumps for nZEB

Der Abschlussbericht von Annex 49 wurde zusammen mit vier umfangreichen Berichten veröffentlicht, die sich mit Wärmepumpen in Niedrigstenergiegebäuden (nZEB) befassen. Der Annex 49 war eine Fortsetzung der Arbeit in Annex 40 zu Wärmepumpenkonzepten für nZEB, wobei der Anwendungsbereich von der Bilanz einzelner Gebäude auf Gruppen von Gebäuden erweitert wurde. Das vorherrschende Konzept war, die Null-Energie-Bilanz für nZEBs über einen jährlichen Zeitraum zu erreichen.

Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen, dass Wärmepumpen die Standard-Gebäudetechnologie für Fast-Null-Energie-Gebäude (nZEB) werden können.

Lesen Sie hier alle Berichte und Zusammenfassungen

Annex 53: Advanced cooling/refrigeration technologies development

Klimaanlagen (AC) und Kühlsysteme sind heute für einen großen Teil des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich, und es wird erwartet, dass dieser Bedarf in den nächsten 50 Jahren stark ansteigen wird.

Das Hauptziel von Annex 53 ist die längerfristige Forschung und Entwicklung sowie der Informationsaustausch, um die Entwicklung von Klima- und Kältetechnologien mit höherer Effizienz und geringeren Treibhausgasemissionen voranzutreiben.

HPT Annex 53 wurde Ende 2018 initiiert und konzentriert sich auf den längerfristigen F&E-Bedarf. Zu den untersuchten Technologien gehören Systeme auf Basis von Kaltdampfkompression (VC), Systeme auf Basis thermischer Kompression (Absorption und Adsorption) sowie nicht-traditionelle Kühlungsansätze.

Das letzte Experten-Webmeeting fand im Juni 2021 in Verbindung mit der virtuellen IIR THERMAG IX Konferenz statt. Mehrere Annex 53-Teilnehmer nahmen an einem Workshop der SHC TCP Task 65 im März teil.

Annex 54: Heat pump systems with low GWP refrigerants

Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial gelten als langfristige Lösung für umweltfreundliche Wärmepumpensysteme. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Konstruktionsänderungen bei Wärmepumpen erforderlich sind, um für Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial optimiert zu werden. Vor allem auf der Komponentenebene besteht dringender Konstruktions- und Optimierungsbedarf. Es gibt kein klares Bild über die jüngsten Forschungs- und Entwicklungsergebnisse. Darüber hinaus gibt es nicht genügend Studien darüber, wie Komponenten optimiert werden können und es gibt auch keine Leitlinien für verschiedene Wärmepumpensysteme.

Annex 54 zielt darauf ab, die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial in Klimaanlagen und Wärmepumpen zu fördern. 

Fortschritte im Jahr 2020: Das Team hat in den folgenden beiden Bereichen erhebliche Fortschritte erzielt:

  1. Überprüfung des Stands der Technik bei HLK-Komponenten, die Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial verwenden, und 
  2. Fallstudien und Konstruktionsrichtlinien zur Optimierung von Komponenten und Systemen.

Die von den teilnehmenden Ländern erzielten Fortschritte können eine wertvolle Referenz für Forscher, Ingenieure und politische Entscheidungsträger in der gesamten HLK-Branche sein.

Der fünfte Workshop fand während der IEA HPC im Mai 2021 statt und der sechste Workshop wurde während der HFO-Konferenz im Juni 2021 abgehalten. Der nächste Workshop ist für den 1. September 2021 während der IIR TPTPR-Konferenz geplant.

Annex 58: High-temperature heat pumps

Annex 58 zum Thema „Hochtemperatur-Wärmepumpen" wurde initiiert, um das Bewusstsein für diese Technologien und ihr Potenzial zu schärfen, indem ein Überblick über die Technologie sowie Informationen und Instrumente zur Erleichterung der Verbreitung dieser Technologie bereitgestellt werden. Der Annex wird einen Überblick über die technologischen Möglichkeiten und Anwendungen geben und Konzepte und Strategien für den Übergang zu einer auf Wärmepumpen basierenden Prozesswärmeversorgung entwickeln.

Aktueller Stand der Arbeiten: Technologieüberprüfung ist im Gange (Task 1). Aktivitäten zu Konzepten, Anwendungen und Tests (2, 3 und 4) werden in der zweiten Hälfte des Jahres 2021 beginnen.

Schwerpunktartikel: "Wärmepumpensystem verbessert Effizienz der thermischen Hochtemperatur-Bohrloch-Energiespeicherung"

Olof Andersson (Geostrata HB, Sweden), Leif Rydell (Reikab AB, Sweden), Niklas Håkansson (Xylem, Sweden)

Dieser Artikel beschreibt die Erfahrungen mit einem Hochtemperatur-Erdwärmespeichersystem (HT-BTES) in Schweden. Der Artikel beschreibt die Erfahrungen mit dem Einsatz eines HT-BES in mehreren Fabriken in Schweden und stellt die Energieleistung und Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems dar.

Das Ziel der Studie bestand darin, Abwärme im Sommer zu speichern und diese Abwärme später im Winter für die Raumheizung zu nutzen. Das System erwies sich beim Laden des Speichers als gut, bei der Entnahme der gespeicherten Wärme jedoch als weniger effektiv. Daraufhin wurde ein Wärmepumpensystem installiert, das dieses Problem erfolgreich behebt.

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Schwerpunktartikel: "Wärmepumpen und Wärmespeicher: Kanadische Perspektiven"

Justin Tamasauskas, Arash Bastani, Kanada

Justin Tamasauskas und Arash Bastani berichten über die kanadischen Erfahrungen mit Wärmepumpen- und Wärmespeichersystemen, die ihrer Meinung nach die Verbreitung von Wärmepumpen fördern können, indem sie eine flexiblere Verbindung zwischen dem Gebäude und dem Stromnetz ermöglichen.

In ihrem Artikel untersuchen die Autoren die Entwicklung dieser Systeme aus kanadischer Sicht. Sie kommen zu dem Schluss, dass Wärmepumpen und Wärmespeichersysteme die Interaktion zwischen dem Gebäude und dem Stromnetz verbessern können, indem sie den Wärmepumpenbetrieb an den Netzbedarf anpassen, ohne den thermischen Komfort zu beeinträchtigen. Dies, so argumentieren sie, positioniert Wärmepumpen als ein Schlüsselinstrument zur Unterstützung zukünftiger intelligenter Netze und erleichtert eine breitere Akzeptanz von Wärmepumpen und erneuerbaren Energiesystemen. Die Autoren betonen jedoch, dass Wärmepumpen gut an ihre Zielmärkte angepasst sein müssen, um erfolgreich zu sein.

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Schwerpunktartikel: „Der Stand der Technik bei wärmepumpenintegrierten thermischen Energiespeichern für Demand Response"

Sara Sultan, Kyle R. Gluesenkamp, USA

Gebäude sind für etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs in den USA verantwortlich, wobei sie 75 % des gesamten Stromverbrauchs und 78 % des Stromverbrauchs in der Spitzenzeit zwischen 14:00 und 20:00 Uhr ausmachen. Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC) machen fast die Hälfte des Stromverbrauchs in Gebäuden aus und verschärfen Nachfrageprobleme des Strombedarfs.

Die thermische Energiespeicherung (TES) wurde als Schlüssel zur Reduzierung des Spitzenenergiebedarfs und der Netzbelastung durch Demand-Response-Strategien identifiziert. Die Autoren untersuchen, die in Wärmepumpen integrierte thermische Energiespeicherung für die Nachfragesteuerung in netzgekoppelten Gebäuden. Zu diesem Zweck untersuchen sie verschiedene in der Literatur vorgestellte Konfigurationen mit aktiver und passiver Speicherung und analysieren die gemeldeten Auswirkungen auf die Nachfrage sowie die Energie- und Kosteneinsparungen.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass es große Unterschiede bei den Vorteilen von TES gibt, die hauptsächlich von der Systemkonfiguration, dem Standort und dem Typ der TES abhängen. Die aktive Speicherung erweist sich als vorteilhafter für die tägliche Lastverschiebung. Insgesamt hat sich gezeigt, dass TES den Energieverbrauch von Gebäuden um 9 % bis 62 % und die Spitzenlast von Gebäuden um 12 % bis 57 % senken können. Die in die Wärmepumpe integrierte TES ermöglicht die Nutzung bereits etablierter Technologien und Ressourcen mit minimaler zusätzlicher Ausrüstung, was die Komplexität der Installation verringern kann.

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Informationen: "Merken Sie sich das Datum: IEA HPT TCP Nationales Expertentreffen 2021, 28. Oktober, Nürnberg"

Das Technology Collaboration Programme on Wärmepumpentechnologien (HPT TCP) der IEA wird organisiert ein Nationales Expertentreffen am Oktober 28. Oktober, 09.00-16.30 Uhr, in Nürnberg, Deutschland, in Verbindung mit dem Europäischen Heat Pump Summit, der am 26. und 27. Oktober am selben Ort stattfindet.

Der Hauptzweck des Treffens ist die Entwicklung neuer Ideen und Vorschläge für zukünftige Annexe (internationale Kooperationsprojekte) innerhalb des HPT TCP.

Nähere Informationen

Schwerpunktartikel: "Simulationen von netzabhängigen HVAC-Kühlungsmaßnahmen mittels Eis/PCM-Speicherung"

Bo Shen, Oak Ridge National Laboratory, USA

In diesem Artikel beschreibt Bo Shen vom Oak Ridge National Laboratory in den Vereinigten Staaten die Ergebnisse einer Studie, in der EnergyPlus (ein Energiesimulationsprogramm für das gesamte Gebäude) eingesetzt wurde, um netzabhängige HLK-Kühlmaßnahmen während der Spitzenlastzeiten in Wohngebäuden in zwei US-Städten zu bewerten.

Zu diesen Maßnahmen gehörten die Sperrung der hohen Leistung eines zweistufigen Kühlregisters während der netzabhängigen Stunden und die Verwendung von Eis/PCM-Energiespeichern zum Antrieb eines Kaltwasserregisters, um die Kühllast zu decken, wenn das elektrische Hauptkühlregister abgeschaltet wurde.

Die Simulationen ergaben, dass der Spitzenstromverbrauch durch diese Maßnahmen reduziert werden kann. Es wurde auch festgestellt, dass bei Simulationen mit Eis-/PCM-Speicher in Verbindung mit einem DX-Kühlregister fast der gesamte Spitzenstromverbrauch eliminiert werden konnte, was zu niedrigeren Stromrechnungen führte, da der Strom vor allem in den Schwachlastzeiten kostengünstig war.

Interessante Konferenzen 2021 und 2022

  • 1. - 3. September 2021: 13th IIR Conference on Phase-Change Materials and Slurries for Refrigeration and Air Conditioning
  • 1. - 3. September 2021: 6th IIR Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of refrigerants
  • 3. - 4. September 2021: 52nd AiCARR International Conference
  • 6. - 8. September 2021: 12th International Conference on Compressors and their Systems
  • 16. - 18. September 2021: 9th IIR Conference on Ammonia and Co² Refrigeration Technologies
  • 21. - 23. September 2021: AHR Expo Mexico
  • 5. - 7. Oktober 2021: IIR International Conference, 16th Cryogenics 2021 Conference
  • 14. - 15. Oktober 2021: International Symposium on New Refrigerants and Environmental Technology 2020
  • 26. - 27. Oktober 2021: European Heat Pump Summit
  • 10. - 12. November 2021: ASHRAE Building Performance Analysis Conference
  • 16. - 18. November 2021: SIFA
  • 16. - 19. November 2021: C&R 2022
  • 29. Jänner - 2. Februar 2022: AHR Expo
  • 1. - 4. Februar 2022: HVAC&R Japan 2022
  • 17. - 19. Februar 2022: ACREX India, 2022
  • 8. - 10. April 2022: The 10th Asian Conference on Refrigeration and Air-Conditioning (ACRA 2022)
  • 11. - 13. April 2022: ACREX India 2022
  • 4. - 6. Mai 2022: IAQ 202: Indoor Environmental Quality Performance Approaches-Transitioning from IAQ to IEQ
  • 22. - 25. Mai 2022: CLLIMA 2022
  • 13. - 15. Juni 2022: 15th IIR-Gustav Lorentzen Conference on Working Fluids

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