IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 40, No. 2/2022

In ihrem Vorwort diskutiert Signhild Gehlin, CEO des Schwedischen Geoenergy Centers die Bedeutung qualitativ hochwertiger Messungen zur Erweiterung des Wissensstandes.

Sie bezieht sich dabei auf das IEA HPT Annexprojekt 52 "Long-term performance measurements of ground source heat pump systems for commercial, institutional, and multi-family buildings", im Rahmen dessen mehr als 30 große, erdgekoppelte Wärmepumpensysteme in sieben Ländern gemonitort wurden und führt aus, dass auf Basis der Erkenntnisse Leitfäden zur Instrumentierung, Unsicherheitsberechnung und relevante Leistungsindikatoren entwickelt wurden, um damit künftig Planer und Eigentümer von Wärmepumpensystemen zu unterstützen.

Das Wissen darüber, wie Gebäude und deren Komponenten „performen" ermöglicht es in Zukunft Wärmepumpensysteme gezielter zu regeln und zu optimieren und so Energie und Geld zu sparen.

Kolumne: Wie lange können sie gehen?

Marion Bakker, The Netherlands Enterprise Agency und NL IEA HPT Delegierte

Die Autorin berichtet im Artikel über legislative Änderungen in den Niederlanden in Bezug auf neue Heizsysteme im Wohnbau und beschreibt notwendige Initiativen zur Umsetzung. So ist ab 2026 bei einem Ersatz des gasbefeuerten Kesselsystems nur mehr die Installation von Hybrid-Wärmepumpen oder alternativer Erneuerbare Heiztechnologien erlaubt.

Erste Ergebnisse einer Messkampagne zeigen, dass 60% des holländischen Gebäudebestandes gute Voraussetzungen für Niedertemperatur-Heizungen aufweist. Zudem hat ein sog. „Hochgeschwindigkeits-Monitoring" Projekt mit holländischen Wärme-pumpenherstellern gezeigt, dass bereits einfache Änderungen am Gesamtsystem Hybrid-Wärmepumpe-Gaskessel-Radiatorsystem einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz des Heizsystems und damit auf dessen Gas- und Stromverbrauch haben.

Die Autorin betont die Bedeutung der Kommunikation der Ergebnisse derartiger Monitoring-Projekte für eine breite Marktdurchdringung von Wärmepumpen-Systemen und stellt in Folge eine neue Wärmepumpen-Testeinrichtung bei TNO und dessen Relevanz für die Validierung installierter Wärmepumpen-Systeme in den Niederlanden vor. Sie berichtet zudem vom „Flexible Power Alliance" Netzwerk, einer holländischen Initiative, die sich der Entwicklung offener Standards zur Nutzung flexibler Energie in Energiesystemen widmet.

Veröffentlichung des IEA-Berichts "Technology and innovation pathways for zero-carbon-ready buildings by 2030 - A strategic vision from the IEA Technology Collaboration Programmes"

Am 1. September 2022 veröffentlichte die IEA einen Bericht mit der strategischen Vision der Expert:innen der IEA TCPs darüber, wie sich die in der IEA Netto-Null bis 2050 Roadmap beschriebenen wichtigsten kurzfristigen Meilensteine für den Gebäudesektor umsetzen lassen.

IEA-Bericht: "Technology and innovation pathways for zero-carbon-ready buildings by 2030 - A strategic vision from the IEA Technology Collaboration Programmes"

Der Bericht besteht aus 10 Artikeln, wobei jeder Artikel jeweils einen Meilenstein abbildet. Bis zum Jahr 2030 sollen:

1. Alle Länder CO2-freie Standards für neue Gebäude einführen.
2. Fast 20% des Gebäudebestands auf Null-Emissions-Standard renoviert werden, was ehrgeizig, aber notwendig, ist.
3. Etwa 600 Mio. Wärmepumpen zur Deckung von 20 % des Wärmebedarfs in Gebäuden installiert werden.
4. Etwa 100 Mio. Haushalte mit Solaranlagen auf Dächern versorgt werden.
5. Ca. 40 % des Stromverbrauchs durch PV- & Windkraftanlagen gedeckt werden.
6. 350 Mio. Gebäude an Fernwärmenetze angeschlossen sein, womit etwa 20% des Raumwärmebedarfs gedeckt wird.
7. Solarthermie-Technologien in 400 Mio. Wohneinheiten eingesetzt werden.
8. 100% LED-Beleuchtung eingeführt werden (bis 2025).
9. Verhaltensänderungen der Haushalte zu einer Verringerung des Heiz- und Kühlenergieverbrauchs führen.
10. 60% der weltweit verkauften Fahrzeuge elektrisch betrieben werden, was einen entsprechenden Anstieg der in Gebäuden installierten Ladegeräte mit sich bringen wird.

Der dritte Artikel wurde von Expert:innen des IEA HPT TCP verfasst und ist auf Englisch verfügbar:

Installation of about 600 million heat pumps covering 20% of buildings heating needs required by 2030

Wärmepumpen wurden auf der IEA Jahreskonferenz zu Energieeffizienz als eines der wichtigsten „super-effizienten" Geräte hervorgehoben, die den Weg zu Netto-Null-Emissionen ebnen

Auf der 7. globalen Jahreskonferenz der IEA zu Energieeffizienz, die vom 7. bis 9. Juni 2022 in Sönderborg, Dänemark, stattfand, und auf der 60 Regierungsvertreter:innen (davon 20 auf Ministerialebene) teilnahmen, lautete die allgemeine Botschaft, dass eine Steigerung der Energieeffizienz die erste Wahl sein sollte, um sowohl die Klima- als auch die Gaskrise einzudämmen.

Energieeffizienzmaßnahmen führen zu geringeren Kosten, einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und geringeren Emissionen und können zudem sofort umgesetzt werden. In vielen Fällen braucht es keine Innovationen mehr.

Wärmepumpen-Technologien werden als wichtiger Teil der Lösung gesehen, sowohl für die Beheizung von Gebäuden und Industrien als auch für deren effiziente Kühlung. Die Diskussionen haben gezeigt, dass in vielen Fällen Partnerschaften und gemeinsame Aktivitäten von Politik, Industrie und Investoren der Schlüssel für eine erfolgreiche Umsetzung sind.

Session: ESCOs (Energiedienstleister)

B. Motherhood, Head der IEA Energy Efficiency Division, betonte in seinem Vortrag, dass Regierungen allein nicht den Finanzierungsbedarf der erforderlichen Energieeffzienzmaßnahmen aufbringen können und es die Expertise/Ressourcen von Energiedienstleistern (sog. ESCOs) braucht. Diese wiederum sind auf adäquate politische Rahmenbedingungen sowie gute Kooperationen mit Gebäudebetreibern bzw. -eigentümer:innen, Vertreter:innen des Finanzsektors sowie Versicherungs-unternehmen angewiesen.

Es wurde festgehalten, dass der Finanzierungsmarkt noch nicht gut auf die Finanzierung von Energieeffizienzmaßnahmen vorbereitet ist, obwohl es sich um Investitionen mit geringem Risiko handelt, wenngleich auch teilweise mit längeren Amortisationszeiten. Zudem braucht es zur Lösung der Herausforderungen eine engere Zusammenarbeit von Aggregatoren, Ausbildnern und Regulierungsbehörden.

Panel Diskussion: Supereffiziente Geräte ebnen den Weg zu Netto-Null

Es wurde u.a. darüber diskutiert, was es braucht, damit zukünftig die effizientesten Geräte in den Gebäuden installiert werden, welche Herausforderungen die Supply-Chain der Branche aktuell zu bewältigen hat und welche Komponenten zurzeit schwer zu beschaffen sind.

C. Haglund Stignor vom Heat Pump Center präsentierte die Erfolgsfaktoren des schrittweisen Ausstiegs aus Ölheizungen in schwedischen Einfamilienhäusern, der zu einem großen Teil durch die Installation von Wärmepumpen erreicht wurde. Ihr zufolge ist es hilfreich, wenn sauberes Heizen die wirtschaftlich attraktivste Lösung für den Endverbraucher ist.

T. Nowak, Generalsekretär der EHPA, betonte in seinem Abschlussstatement, dass politische Entscheidungsträger die Wärmepumpen-Technologie priorisieren und einen „Wärmepumpen-Beschleuniger" einrichten müssen, wenn die massive Einführung von Wärmepumpen wie sie die IEA Net-Zero by 2050 Roadmap und die REPowerEU Mitteilung vorsehen, Realität werden soll.

Panel Diskussion: Die Bedeutung frühzeitiger Maßnahmen im Bereich Energieeffizienz

Der dänische Energieminister D. Jorgensen betonte in seiner Rede, dass Investitionen in Energieeffizienz eine Win-Win-Situation darstellen, die sich meist innerhalb weniger Jahre rechnen.

Faith Birol, IEA's Executive Director, wies in seinem Vortrag v.a. auf den Dreifachnutzen von Energie-effizienzmaßnahmen hin und erklärte u.a., dass weltweit die gleiche Energiemenge eingespart werden könnte, die China heute verbraucht, wenn alle Länder die richtige Energiepolitik und Anreize hätten und die vorhandenen Technologien anwenden würden.

Die Europäische Energiekommissarin K. Simson sprach in ihrer Rede über die EU-Maßnahmen zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern aus Russland, die auf drei Grundsätzen basiert: Diversifizierung, Beschleunigung der Einführung erneuerbarer Energien sowie Energieeinsparungen. Der Einsatz von Wärmepumpen sowie der Ausbau nachhaltiger Fernwärmenetze sind wichtige Stützen der Strategie.

A. Mohammed, Vertreter der UN, sprach über die Bedeutung der energetischen Sanierung von Gebäuden und die Nutzung überschüssiger Wärme aus Supermärkten und Rechenzentren.

Der ukrainische Energieminister German Galushchenko berichtete über wiederkehrende tägliche Reparaturarbeiten an der Energieinfrastruktur und betonte, dass das Land zuverlässige - v.a. nachhaltige und kohlenstoffarme - Energiequellen braucht.

Session: Effiziente Kühlung für die globale Entwicklung

In dieser Session wurde v.a. diskutiert, wie sich der steigende Kältebedarf decken lässt und was es braucht, damit in Zukunft mehr Menschen Zugang zu leistbaren Kühlsystemen haben.

Panel Diskussion: Beschleunigung der Umsetzung politischer Maßnahmen für Widerstandsfähigkeit, Erschwinglichkeit und Klima

K. Speakes-Backman (DOE) berichtete von Biden's Ambitionen, die CO2 Emissionen bis 2030 zu halbieren sowie das Stromnetz bis 2035 zu 100% zu dekarbonisieren. Industrievertreter von BASF und ALFA Laval berichten von ihren Dekarbonisierungsaktivitäten, die u.a. auch Großwärmepumpen zur Dampferzeugung beinhalten.

Es wurde zudem vorgebracht, dass zu viele Regulierungen nachteilig sind und Dekarbonisierung einen überzeugenden Business Case darstellen muss. Zudem braucht es eine finanzielle Unterstützung von Demoprojekten von „First-Movern", um Risiken entsprechend zu reduzieren.

Mehr Informationen

Massive Einführung von Wärmepumpen kann die Abhängigkeit von russischen fossilen Brennstoffen verringern und den Übergang zu sauberen Energien beschleunigen - Europäische Rahmenbedingungen werden überarbeitet, um einen Massenmarkt zu stimulieren

Die europäische Kommission hat am 18. Mai den sog. REPowerEU-Plan gemeinsam mit einer Reihe weiterer Dokumente veröffentlicht und kommuniziert darin u.a., dass die EU eine Verdoppelung der derzeitigen Absatzzahlen an Wärmepumpen anstrebt, was zu einer kumulativen Anzahl von 10 Millionen Einheiten in den nächsten fünf Jahren führen soll.

Im Rahmen des HPT TCP werden bereits einige Projekte durchgeführt, die eine beschleunigte Einführung von Wärmepumpen unterstützen. Zu nennen sind v.a. 

• Annex 50 "Heat Pumps in Multi-Family Buildings for space heating and DHW",
• Annex 52 "Long term performance measurement of GSHP Systems serving commercial, institutional and multi-family buildings",
• Annex 57 "Flexibility by implementation of heat pumps in multi-vector energy systems and thermal networks and" und 
• Annex 58 "High-Temperature Heat Pumps".

Die Kommission sieht in ihrer „EU-Save Energy" Kommunikation diverse Maßnahmen vor, um den Einsatz von Wärmepumpen zu beschleunigen. Dazu zählen besonders strengere Energieeffizienzvorgaben für Gebäude und die Beendigung des Einsatzes autarker fossiler Heizkessel bis 2029.

Einer Presseaussendung der EHPA zufolge zielen eine Reihe von Punkten im REPowerEU-Plan darauf ab, die Marktdurchdringung von Wärmepumpen zu beschleunigen. Zu nennen sind u.a. 

• die Ermutigung der Mitgliedstaaten, den kosteneffizienten Einsatz und die Integration von Großwärmepumpen in industriellen Prozessen zu beschleunigen;
• Unterstützung in der Preisgestaltung anzubieten, um die Umstellung auf Wärmepumpen zu incentivieren;
• den Stichtag für das Ende öffentlicher Subventionen für fossile Heizkessel in Gebäuden von 2027 auf 2025 vorzuziehen, oder die „Ausweitung" des Innovationsfonds auf die Unterstützung innovativer umweltfreundlicher Produktionsverfahren, einschließlich Wärmepumpen.

Im Artikel wird ferner berichtet, dass einige Länder u.a. Deutschland und die Niederlande bereits Empfehlungen der Kommissionen aufgenommen haben. So werden bspw. in Deutschland Solardächer zur Norm, um erneuerbare Stromproduktion zügig voranzutreiben. Ein neues Wärmepumpen-Aufbauprogramm soll dafür sorgen, dass Unternehmen im Gebäudesektor ihre Mitarbeiter:innen zu Weiterbildungskursen schicken. Zudem soll es mehr Förderungen für den Ersatz alter Heizsysteme mit Wärmepumpen geben.

Das Ziel der deutschen Bundesregierung ist es, bis zum Jahr 2024 mehr als 500.000 Wärmepumpen pro Jahr zu installieren. Danach soll die Zahl auf 800.000 pro Jahr steigen (verpflichtender Einsatz von Wärmepumpen).

Ähnlich sind die Pläne in den Niederlanden, wo mit 71% ein Großteil der Wohngebäude mit Gas beheizt werden. Das Land plant ab 2024 den forcierten Einsatz von Hybrid-Wärmepumpen, die die meiste Zeit des Jahres mit Strom angetrieben werden sollen.

Die niederländische Regierung beabsichtigt ab 2026 die Installation von rein mit fossilen Brennstoffen betriebene Heizungsanlagen zu verbieten und sieht ab dann eine verpflichtende Nutzung von Wärmepumpen oder den Anschluss an Wärmenetze vor.

Bericht vom Norwegischen nationalen Workshop: der Wärmepumpenmarkt in Norwegen

Am 10. Mai des Jahres fand in Norwegen, in Kombination mit einem IEA HPT ExCo Meeting, ein hybrider Workshop statt, an dem mehr als 50 Expert:innen aus 17 IEA Mitgliedsländern teilnahmen, um aktuelle Entwicklungen am Wärmepumpenmarkt, den notwendige Rahmenbedingungen sowie Forschungsthemen zu diskutieren.

Die ersten Vortragenden geben einen Überblick über die demografischen Rahmenbedingungen und das norwegische Energiesystem, in dem 98% des Stroms erneuerbar (1690 Wasserkraftwerke, 53 Windparks) produziert und die meisten Gebäude entweder direkt elektrisch oder mittels Wärmepumpen (>50% der Gebäude) beheizt werden.

Ein EHPA Vertreter erklärt die stimulierenden Faktoren für einen breiten Einsatz von Wärmepumpen: Verbot von Ölheizungen, CO2 Steuern, attraktive Subventionen für den Ersatz alter Ölkessel mit Wärmepumpen und günstiges Strom-Gas-Preis-Verhältnis. Er führt ferner aus, dass Norwegen umgelegt auf seine Bevölkerungsgröße mit mehr als 1,5 Mio. verkauften Wärmepumpen-Einheiten im Zeitraum 1987 bis 2021 (>1,1 Mio. aktuell im Einsatz, das entspricht >10 TWh Umgebungswärme) zu den führenden Wärmepumpen-ländern zählt. Mangels hydronischer Systeme in den meisten Gebäuden dominieren - mit einem Anteil von etwa 90% - Luft-Luft-Wärmepumpen den norwegischen Markt.

In Folge stellen Forscher von SINTEF sowie NTNU diverse Forschungsprojekte vor. Die ersten Präsentatoren fokussieren auf dem Einsatz von Wärmepumpen in Gebäuden speziell Netto-Null-Emissions-Einfamilienhäusern aus Holz. In weiteren Vorträgen werden F&E-Projekte im Bereich Hochtemperatur-Wärmepumpen (IEA HPT Annex 58, DryFiciency, SkaleUp) vorgestellt. Eine Vertreterin des Norwegischen Research Centers (NORCE) sowie eine Beraterin bei Asplan und Professorin an der NTNU fokussieren in ihren Vorträgen auf die Nutzung von Erdwärmepumpen und präsentieren Ergebnisse aus Monitorings, die im Rahmen des IEA HPT Annex 52 Projekts durchgeführt wurden.

Die weiteren Präsentationen beschäftigen sich mit dem Einsatz von IoT für Wärmepumpen und zeigen Ergebnisse aus Feldstudien von Wärmepumpen in gewerblichen Anwendungen sowie in Wärmenetzen.

Präsentationen dieses Workshops

Peter Ritter von Rittinger Internationale Wärmepumpenpreis - Nominieren Sie Ihre:n Kandidat:in

Der Peter Ritter von Rittinger Internationale Wärmepumpenpreis ist die höchstmögliche Auszeichnung im Bereich Wärmepumpen, Klimatisierung und Kältetechnik und wird alle drei Jahre im Rahmen der IEA HPT Konferenz vergeben. Mit dem Preis werden herausragende Beiträge zur Förderung der internationalen Zusammenarbeit in den Bereichen Forschung, Politik-entwicklung und Anwendungen für energieeffiziente Wärmepumpen-technologien geehrt.

Kriterien für die Preisvergabe

• Der Preis wird sowohl an Teams als auch an Einzelpersonen vergeben.
• Der Beitrag muss sich auf die Entwicklung des Wärmepumpenmarktes, die Weiterentwicklung von Technologien oder Anwendungen oder die Verwaltung / Organisation von Wärmepumpenaktivitäten mit internationaler Beteiligung oder Wirkung beziehen.
• Der Beitrag muss bedeutend sein (d.h. einen signifikanten und dauerhaften Unterschied gemacht haben) und als solcher weithin anerkannt werden.
• Der/die Kandidat(en) hat / haben eine Schlüsselrolle bei dem Beitrag oder der Leistung gespielt.
• Der/die Kandidat(en) hat / haben trotz Schwierigkeiten, Widerstand oder mangelnder Unterstützung einen bedeutenden Beitrag geleistet.

Dokumente und Richtlinien für die Nominierung

Deadline für die Nominierung war der 30.11.2022.

Willkommen zur 14ten IEA Heat Pump Conference, 2023

Die 14. IEA Wärmepumpen Konferenz wird vom 15. - 18. Mai 2023 in Chicago unter dem Titel "Heat Pumps – Resilient and Efficient" stattfinden.

Die Konferenz wird vom National Organisation Committee (NOC) unter dem Vorsitz von Brian Fricke organisiert und beginnt am Montag (15. Mai 2023) mit einer Reihe von Workshops zu internationalen Kooperations-Projekten (Annexes) im Rahmen des IEA HPT TCP und verwandten Themen. Nach der Eröffnungssitzung im Hauptplenum am Dienstagmorgen (16. Mai 2023) werden die verbleibenden 2,5 Tage aus technischen Vorträgen und Posterpräsentationen gestaltet.

Die behandelten Konferenz-Themen umfassen:

• Klimatisierung von Wohn- & Gewerbegebäude mit Schwerpunkt auf: Raumheizung, Klimatisierung, Null-Emissions-Gebäude, Renovierung, Warmwasserbereitung und Mehrfamilienhäuser
• Anwendungen außerhalb von Wohngebäuden mit Schwerpunkt auf: industrielle Wärmepumpen, Abwärme, Fernwärme, gewerbliche Kühlung, Transportklimatisierung und -kühlung.
• Innovation sowie F&E mit Schwerpunkt auf Aspekten wie: Erdwärmequellen, fortschrittliche Speichersysteme, Arbeitsflüssigkeiten, Sorptionstechnologien, fortschrittliche Dampfkompression, Technologien ohne Dampfkompression, Smart Grids, Anwendungen für kaltes / warmes Klima, fortschrittliche Luftkonditionierungstechnologien, gasbetriebene Wärmepumpen, Kombinationen mit anderen erneuerbaren Technologien.
• Politische Themen und Marktstatus, Trends, Strategien, und zukünftige Möglichkeiten.

Weitere Informationen finden sich auf der Konferenzwebsite hcp2023.org und unter heatpumpingtechnologies.org/about/the-conference/

Laufende Annex Projekte

• Annex 53 Advanced cooling/refrigeration technologies development. CN, DE, IT, KR, US (Operating Agent)
• Annex 54 Heat Pump systems with low GWP refrigerants. AT, DE, FR, IT, JP, KR, SE, US (Operating Agent)
• Annex 56 Internet of things for heat pumps. AT (Operating Agent), CH, DE, DK, FR, NO, SE
• Annex 57 Flexibility by implementation of heat pumps in multi-vector energy systems and thermal networks AT, DK (Operating Agent), DE, FR, NL, SE
• Annex 58 High-temperature heat pumps AT, BE, CA, DK (Operating Agent), DE, FR, NL, NO, JP
• NEU: Annex 59 Heat pumps for drying. AT (Operating Agent), CN, DK
• NEU: Annex 60 Retrofit heat pump systems in large non-domestic buildings. UK (Operating Agent), IT
• NEU: Annex 61 Heat Pumps in Positive Energy Districts. CH (Operating Agent), DE, JP, US

Annex 52 Long-term measurements of GSHP performance in commercial, institutional, and multi-family buildings

Das 2021 finalisierte Annex 52 Projekt zielte auf die Schaffung einer Bibliografie mit Langzeitmessungen erdgekoppelter Wärmepumpen-Systeme in gewerblichen, institutionellen sowie Mehrfamiliengebäuden (MFH). Zudem sollte die aktuelle Methodik zur Charakterisierung großer und komplexer Anlagen verfeinert und erweitert sowie Benchmarks zum Vergleich derartiger Anlagen erarbeitet werden. Der im IEE Projekt SEPEMO erarbeitete Leitfaden sollte überarbeitet werden, um die Anlagen bestmöglich und umfassend beschreiben zu können.

Ergebnisse

Im Projekt wurden ein neues Schema für die Systemgrenzen (mit 6 definierten Grenzen und einem Indikator für die Abbildung zusätzlicher Heizung oder Kühlung) sowie Leitfäden für die Instrumentierung, Berechnung der Unsicherheit, wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) auf Gebäude-, System-, Erdreich- und Komponentenebene), Datenmanagement und Qualitätssicherung entwickelt.

Abschlussbericht, 4 Subtask- und 27 Fallstudien-Berichte aus 29 Monitoring-Projekten umfassen mehr als 1000 Seiten. Darüber hinaus sind im Projekt 3 Open-Source-Datensätze an Messdaten aus zwei erdgekoppelten Wärmepumpen-Systemen, 7 Peer-reviewed Journal Papers und 11 Konferenzbeiträge entstanden.

Das finale Webinar fand am 13.6.2022 statt. 

Zur Online-Aufzeichnung

Alle Berichte und Publikationen finden Sie auf der Projektwebsite.

Annex 56 Internet of things for heat pumps

Dieser Annex beschäftigt sich mit den Möglichkeiten und Herausforderungen von vernetzten Wärmepumpen in Haushalten und Industrie.

Konkret verfolgt das Projekt nachfolgende Zielsetzungen:

• Beratung, Daten und Wissen über Wärmepumpentechnologien im Hinblick auf IoT Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
• Den Status der derzeit verfügbaren IoT-fähigen Wärmepumpen, Wärmepumpenkomponenten und zugehörige Dienstleistungen zu erheben.
• Die Anforderungen an die Datenerfassung von neu konzipierten oder bereits implementierten Wärmepumpensystemen unter Berücksichtigung der Arten von Signalen, Protokollen und Plattformen für Gebäude und industrielle Anwendungen und damit verbundene Datenschutzfragen und laufende Standardisierungsaktivitäten zu identifizieren.
• Datenanalysemethoden und -anwendungen (digitaler Zwilling), einschließlich maschinelles Lernen, semantische, hybride und daten-gesteuerte Modelle und weiche Sensoren zu bewerten.
• Geschäftsmodelle für IoT-fähige Wärmepumpen zu bewerten.
• Marktchancen, die sich durch IoT-fähige Wärmepumpen ergeben, sowie Erfolgsfaktoren und weitere Anforderungen an Software und Hardware-Infrastruktur, zu evaluieren.

Ergebnisse: Es werden Beispiele erfolgreich implementierter digitaler Zwillinge von Wärmepumpen-Anwendungen aus Österreich, Dänemark und Deutschland präsentiert.

Weitere Informationen

Schwerpunktartikel: Wie stellen Sie sicher, dass Ihre Wärmepumpen und Kälteanlagen so arbeiten, wie Sie es geplant haben?

Klas Berglöf, Schweden

Der Autor führt im Artikel eingangs aus, dass HVACR-Systeme fast 20% des weltweiten Stroms verbrauchen und aufgrund Fehlern sowie mangelnder Optimierung erfahrungsgemäß 20 bis 30% mehr an Energie verbrauchen als notwendig. Optimierung bestehender Anlagen zählt damit zu den sog. "low hanging fruits", wenn es um die Reduktion von Emissionen geht.

Berglöf erklärt weiter, dass Probleme oft erst erkannt werden, wenn ein System ausfällt oder die erforderlichen Temperaturen nicht erreicht werden. Im zufolge resultiert der mangelnde Fokus auf die Leistung aus der Struktur des Immobilienmarktes sowie der Art und Weise, wie HVACR-Systeme verkauft werden. So sind oft fünf bis sechs Subunternehmen mit jeweils eigenen Spezifikationen involviert, die ihre Teile zumeist auf Spitzenlastbedingungen, die selten oder nie auftreten, auslegen.

Der Autor berichtet in Folge vom IEA HPT Annex 52 Projekt im Rahmen dessen u.a. eine „Leitlinie für die Instrumentierung und Datenerfassung" veröffentlicht wurde. Diese beinhaltet einen strukturierten Ansatz der Datenerfassung und -analyse zur Bewertung der einzelnen Teilsysteme mit dem sowohl die Inbetriebnahme als auch eine vorausschauende Wartung effektiv umgesetzt werden können. Die dafür erforderliche Sensorik ist heute Standard. In neu geplanten Gebäuden sind eine Vielzahl von Sensoren verbaut; auch Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen für gewerbliche Gebäude sind mit Druck- und Temperatursensoren ausgestattet, um bspw. Vor- und Rücklauf-temperaturen von Kalt-/Kühlwasser oder die Lufttemperaturen zu messen.

Weiters geht Berglöf der Frage nach, was beim Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinenbetrieb „alles falsch laufen kann". Er weist u.a. darauf hin, dass viele Probleme mit der Kommissionierung der Anlagen zusammenhängen, und nennt in diesem Kontext unzureichende Inbetriebnahme der Systemsteuerung über den ganzen Betriebsbereich hinweg oder fehlende Berücksichtigung der Systemperspektive als Folge vieler Subvertragsnehmer. Zudem weist er darauf hin, dass auch die Wärmepumpe bzw. Kältemaschine selbst in gutem Zustand sein und bestmögliche Betriebsbedingungen (u.a. ausreichende Kältemittel-menge, korrekte Überhitzung, keine Verdichterprobleme, Verdampfer-Effizienz, etc.) aufweisen muss.

Weiters beschäftigt sich der Autor mit der Frage, wie sich Fehler finden und beheben lassen und stellt in diesem Kontext die im IEA HPT Annex 52 Projekt entwickelte sogenannte „interne Methode" vor. Diese Methode ermöglicht insbesondere die Messung eines Systemeffizienzindex (SEI) sowie aller relevanten KPIs in Echtzeit. Berglöf beschreibt in weiterer Folge einige Verbesserungsmaßnahmen und nennt dabei u.a. die Verwendung „gleitender Sollwerte" auf der Kalt- und Warmseite als einfache Energieeinsparmaßnahme, um die Betriebskosten um 3-5% pro Grad zu senken. Zudem weist er darauf hin, dass eine kontinuierliche digitale Messung der Leistung in der Cloud nicht nur sicherstellt, dass Leckagen rechtzeitig erkannt werden; sie setzt die Techniker auch in die Lage, beim Besuch der Anlagen vor Ort alle potenziellen Optimierungsmaßnahmen vorausschauend umzusetzen.

Laut Berglöf liegt in der Umsetzung von Richtlinien wie sie im IEA HPT Annex 52 Projekt erarbeitet wurden und in der Überwachung von Systemen rund um die Uhr mittels modernster Analytik die Zukunft. Damit kann jede Leistungsabweichung in Echtzeit erkannt und Ursachen rechtzeitig analysiert werden.

Eine Einführung in das Thema „Vorausschauende Wartung" finden Sie im "Guide to Predictive Maintenance for HVACR Systems". Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: How do you make your Heat Pumps and Chillers Operate as you Planned?

Schwerpunktartikel: White-box Model Predictive Control: Optimale Steuerung und Systemintegration von Wärmepumpen

Filip Jorissen, Damien Picard, Wim Boydens and Lieve Helsen, Belgien

Die belgischen Autoren beschäftigen sich im Artikel mit dem großen Nachhaltigkeitspotenzial modellprädiktiver Regelungen (MPC) für eine optimale Steuerung immer komplexer werdender Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) in Gebäuden.

Konkret präsentieren sie die Hauptmerkmale einer modellprädiktiven Regelung und stellen das an der KU Leuven in der Forschungsgruppe „Thermal Systems Simulation" in den letzten 12 Jahren entwickelte, und u.a. in realen Demonstrationsprojekten implementierte und validierte, prädiktive White-Box-Modell vor.

Mit dem Modell lässt sich die Komplexität eines jeden Gebäudes sowie des zu implementierenden HLK Systems auf individueller Ebene erfassen, simulieren und optimieren. Der gewählte MPC Ansatz optimiert den Betrieb auf Systemebene und ist nur an die realen Systembedingungen gebunden; zusätzliche Regelungen braucht es keine.

Damit können Steuerungslösungen für Arbeitsbedingungen gefunden werden, die ein Mensch so nicht erwartet hätte bzw. für zukünftige klimatische Bedingungen, die wir noch nicht vorhersagen können.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden:
White-box Model Predictive Control: Optimal Control and System Integration of Heat Pumps

Schwerpunktartikel: Langfristig optimierte Steuerung von hybriden Erdwärmepumpen-Systemen. Wie weit sind wir vom Optimum entfernt?

Iago Cupeiro Figueroa and Lieve Helsen, Belgien

Figueroa und Helsen gehen im Artikel der Frage nach, wie hybride erdgekoppelte Wärmepumpensysteme am besten gesteuert werden, um die Energieausbeute langfristig zu optimieren.

Die beiden Autoren stellen im Artikel eine Simulations- und Optimierungsstudie für ein mit einer hybriden Geothermieanlage beheiztes Gebäude vor, dessen Bohrfeld bewusst unterdimensioniert wurde und zeigen mittels einer modifizierten modellprädiktiven Steuerung, die das Verhalten des Erdreichs für einen Zeitraum von fünf Jahren abbildet sowie Opportunitätskosten berücksichtigt, wie wichtig die Berücksichtigung des Langzeitverhaltens des Erdreichs für einen optimalen Betrieb geothermischer Hybridsysteme ist.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass mit einer kurzfristig ausgelegten modellprädiktiven Steuerung theoretisch Energieeinsparungen von 23,4% erzielbar sind. Mit einer langfristig ausgelegten modellprädiktiven Steuerung sind weitere 10% Einsparung möglich. Damit wird deutlich, dass die Berücksichtigung der langfristigen Dynamik des Erdreichs weiteres Potenzial für die optimale Steuerung hybrider geothermischer Systeme birgt.

Den beiden Autoren zufolge braucht es noch weitere Forschungsarbeiten, die sich mit den Herausforderungen hinsichtlich Qualität und Genauigkeit der langfristigen Vorhersagen beschäftigen.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Long-term Optimal Control of Hybrid Ground Source Heat Pump Systems. How far are we from the Optimum?

Schwerpunktartikel: Verbesserung der Steuerung von Wärmepumpen-Systemen durch die Vorhersage der täglichen Sonneneinstrahlung

Davide Rolando and Hatef Madani, Schweden

Die beiden schwedischen Autoren beschreiben im Artikel eine im Zuge des schwedischen Forschungsprojekts EffSys Expand Project P18 „Smart Control Strategies for Heat Pump Systems" entwickelte Regelstrategie, die eine verbesserte Steuerung für Wärmepumpensysteme durch Vorhersage der täglichen Solarstrahlung berücksichtigt. Der Ansatz basiert v.a. auf der Idee, dass für eine gegebene Außentemperatur eine Vorlauftemperatur definiert werden kann, die den Heizbedarf des Gebäudes ausgleicht und eine Innentemperatur gewährleistet, die den erforderlichen thermischen Komfortbedingungen entspricht.

Rolando und Hatef berichten über die Ergebnisse ihrer Simulationen von Wärmepumpenanlagen in schwedischen Einfamilienhäusern, die mit der Zielsetzung durchgeführt wurden, mittels fortschrittlicher Regelungsstrategien eine Minimierung des Energieverbrauchs der Wärmepumpe bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des allgemeinen thermischen Komforts zu erreichen.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass durch die vorgeschlagene Methode, die sowohl in neuen als auch bestehenden Heizungsanlagen implementierbar ist, im Vergleich zu normalen „Heizkurvenreglern" monatliche Energieein-sparungen von mehr als 10 % möglich sind. Die höchste Reduktion des Energieverbrauchs lässt sich im Frühjahr erzielen, während in den Herbst- und Wintermonaten mit geringerer täglicher Sonneneinstrahlung erwartungsgemäß in Schweden keine Energie eingespart werden kann.

Für die Implementierung der Methode braucht es keine zusätzlichen Sensoren. Insbesondere ist keine direkte Messung der Sonneneinstrahlung erforderlich, und es sind keine Hardwareänderungen am System notwendig. Die vorgeschlagene Regelstrategie wurde mit der Absicht entwickelt, die Einfachheit des traditionellen Heizkurvenansatzes beizubehalten, und kann durch eine Softwareänderung des Reglers implementiert werden.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Improving the Traditional Heat Pump System Control through Prediction of Daily Solar Radiation

Schwerpunktartikel: Die Rolle der Wärmepumpensteuerung bei der dezentralen Nutzung der Energieflexibilität

Maarten Evens and Alessia Arteconi, Belgien

Die belgischen Autoren beschäftigen sich im Artikel zusammenfassend mit der Bedeutung der internen Wärmepumpensteuerung im Kontext der zunehmenden Nutzung von Wärmepumpen zur Bereitstellung von Energieflexibilität und damit Teilnahme am Peer-to-Peer Energiehandel.

Sie führen aus, dass bei der Entwicklung neuer Strategien zur Wärmepumpen-regelung, eine genaue Kenntnis der vom Hersteller implementierten internen Regelstrategien der Wärmepumpen unabdingbar ist, da sie in der Regel nicht umgangen werden können und vor allem das kurzfristige Verhalten der Wärmepumpen beeinflussen.

Sie erklären zudem, dass für die Teilnahme von Wärmepumpen am Energiehandel in Mikronetzen eine genaue Abschätzung des Verhaltens der Wärmepumpen und deren Energieflexibilitätspotenzial während des Handelsintervalls benötigt wird. Auch hierbei gilt, dass die internen Regelungs-strategien das Betriebsverhalten und das geschätzte Flexibilitätspotenzial der Wärmepumpen beeinflussen können.

Zusammenfassend erfordert die Entwicklung intelligenter Wärmepumpen-steuerungsstrategien eine genaue Kenntnis des tatsächlichen Wärmepumpen-verhaltens.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden
The role of Heat Pump Control in Decentralized Energy Flexibility Exploitation

Marktbericht: Deutscher Wärmepumpenmarkt

Dr Rainer M. Jakobs, Germany

Der Autor erklärt die für den Einsatz von Energietechnologien relevanten demografischen Rahmenbedingungen (Anzahl Einwohner, Bevölkerungsdichte; Art und Alter von Gebäuden, Klimazonen, etc.), berichtet dann über die aktuell genutzten Energiequellen für die Beheizung von Gebäuden (49,5% Gas, 25% Heizöl, 14,1% Fernwärme, jeweils 2,6% Strom und Wärmepumpen, 6,1% andere Quellen) sowie deren Entwicklung im letzten Jahrzehnt (Fernwärme und Wärmepumpe jeweils +10%; Bio-Gas bzw. Bio-Methan -15%).

Danach beschreibt er die Entwicklungen am deutschen Wärmepumpenmarkt, dessen Absatzzahlen sich in den letzten 20 Jahren verzwölffacht haben. Im Jahr 2021 wurden 154.000 Wärmepumpen (+28%) verkauft: 127.000 Luft-Wasser-Wärmepumpen (+33%, aktueller Marktanteil: 82%) sowie 27.000 erdgekoppelte Systeme (+12%; aktueller Marktanteil: 18%); an Brauchwasser-wärmepumpen wurden 23.500 Stück (+15%) abgesetzt.

Zudem geht er auf Barrieren für die Entwicklung eines Massenmarktes ein und nennt dabei den durchschnittlichen Strompreis von 23,8 Cent/kWh im Jahr 2021 als eine Hauptbarriere. Des Weiteren präsentiert er eine von Prognos, Öko-Institut and Fraunhofer ISI erstellte Studie, der zufolge im Jahr 2030 in deutschen Gebäuden 5,5 Mio. Heizungswärmepumpen eingesetzt werden. Diese Entwicklung geht einher mit einem zusätzlichen Strombedarf von ca. 33 TWh. Unter Berücksichtigung des Anstiegs von Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen (+ 9 TWh) sowie kleinerer Brauchwasserwärmepumpen (+3 TWh) resultiert das insgesamt in einem zusätzlichen Strombedarf von ca. 45 TWh (Referenzjahr: 2018).

Im letzten Artikelabschnitt stellt Jakobs deutsche F&E Aktivitäten und Institute im Bereich Wärmepumpen und Kältetechnik vor und berichtet dabei u.a., dass seit 2010 mehr als € 71 Mio. an Fördergeldern in diesen Bereich geflossen sind. Er verweist zudem auf das Großprojekt „Reallabor GWP" das im April 2021 gestartet ist und mit € 21 Mio. Fördermittel ausgestattet den Einsatz von Wärmepumpen in Fernwärmenetzen untersucht.

Der komplette Artikel kann unter nachfolgendem Link heruntergeladen werden.
Germany: Heat Pump Market Report

Interessante Konferenzen 2022 -2023

• 28 August – 1 September 2022, 10th IIR Conference on Caloric Cooling and Applications of Caloric Materials, Ljubljana, Slovenien
• 3–6 Oktober 2022, INTERCLIMA, Paris, Frankreich
• 11–13 Oktober 2022, Chillventa 2022, Nürnberg, Deutschland
• 18–22 Oktober 2022, 23rd China Conference on Heating Ventilation, Air-conditioning & Refrigeration, Jiangsu Provinz, China
• 2–4 November 2022 China International Air conditioning, Ventilation, Refrigeration and Cold Chain Expo (RACC), Hangzhou International Expo Center, Zhejiang, China
• 8–10 November 2022, HPT TCP Executive Committee meeting, London, GB
• 4–8 Februar 2023, ASHRAE's Winter Conference 2023, Atlanta, USA
• 4–6 April 2023, 3rd IIR Conference on HFO Refrigerants and Low GWP Blends, Shanghai, China
• 24–28 April 2023, 17th CRYOGENICS 2023 IIR Conference, Dresden, Deutschland
• 27–29 April 2023, 10th IIR Conference on Ammonia and CO2 Refrigeration Technologies Ohrid, Mazedonien
• 15 - 18 Mai 2023, 14th IEA Heat Pump Conference, Chicago (HPC2023)
• 21–25 August 2023, 26th IIR International Congress of Refrigeration, Paris, Frankreich
• 11–13 September 2023, 13th International Conference on Compressors and their Systems, London, GB

HPT Magazine no 2/2022 – Control and Monitoring of Heat Pump Systems by HPT Magazine