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Entwicklung und Optimierung von Hybrid-Solar-Geothermie-Wärmepumpen

Die Nutzung regenerativer Energieträger für die Gebäudeklimatisierung verringert den Treibhausgasausstoß und den Verbrauch fossiler Rohstoffe. Darüber hinaus gibt es oft ein Kosteneinsparungspotenzial. Heutige Wärmepumpen sind in der Lage Wärmeströme wirtschaftlich von sehr niedrigen auf höhere Temperaturniveaus zu transformieren. Deshalb kommt eine Vielzahl regenerativer Energiequellen für die Beheizung in Frage, wodurch die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit gegenüber monovalenten Anlagen gesteigert werden kann.
Bei der Nutzung von Solarthermie fallen die Zeitpunkte von Lastanforderung und -bereitstellung nicht immer zusammen, weshalb nach Möglichkeiten gesucht wird, die Strahlungsenergie zu speichern und für spätere Zeitpunkte bereitzustellen. Die Teufe von vertikalen Erdkollektoren hängt einerseits von der benötigten Wärmemenge und andererseits von der Beschaffenheit des Erdreichs ab. Sind Wasseradern im Erdreich vorhanden, so besteht die Gefahr des Vermischens von höher und tiefer gelegenen Adern. Dies kann zu einschneidenden Begrenzungen der Teufe führen. Neben solaren und geothermischen Energien können auch die Umgebungsluft oder Brunnen und Regenzisternen als Energiequellen hinzugezogen werden.
Zur Verbesserung der vorhandenen Marktlösungen errichtete die FVTR GmbH eine Forschungsanlage in Form einer Hybrid-Solar-Geothermie-Wärmepumpe im Rahmen eines durch das BMWi geförderten ZIM-Kooperationsprojekts. Diese Anlage wird als Grundlage dafür genutzt, ein Simulationsmodell zu erstellen und zu parametrisieren. Im Folgenden werden Regelstrategien entworfen und überprüft. Darüber hinaus werden neue Designs von Erdwärmesonden mittels CFD optimiert, die mit geringen Teufen auskommen und in kritischen Erdreichen eingesetzt werden können.

 

Vertikale Koaxialsonde mit feststehender archimedischer Schraube Solekreislauf der Hybridwärmepumpe

 

 

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