Projekt badawczy potwierdza: wysoka wydajność bez utraty komfortu dzięki pompom ciepła typu powietrze-woda
W projekcie badawczym dotyczącym predykcyjnej kontroli pomp ciepła powietrze-powietrze Hoval i Uniwersytet Nauk Stosowanych w Ingolstadt pokazują, jak inteligentne sterowanie może przynieść zauważalne oszczędności energii – bez utraty komfortu.
Wraz z Politechniką w Ingolstadt, Hoval od kilku lat realizuje różnorodne projekty związane z ogrzewaniem i mieszkaniem. Wspólnie ze studentem pomysł doprowadził do projektu optymalizacji strategii eksploatacji pomp ciepła powietrze-woda, poprzez predykcyjną kontrolę czasów pracy na podstawie prognoz temperatury powietrza zewnętrznego. Szczegółowo oznacza to, że gdy temperatury na zewnątrz są wysokie – nawet zimą zwykle cieplej w ciągu dnia – pompa ciepła powietrze-woda jest włączana, nawet jeśli nie ma potrzeby ogrzewania. Ciepło jest magazynowane w masie budynku. Jeśli temperatura powietrza na zewnątrz później stanie się zauważalnie niższa, pompa ciepła powietrze-woda pozostanie wyłączona przez dłuższy czas.
Ekscytujące pytania brzmią: Jak można nadal zapewnić stabilną temperaturę w pokoju? Co jest potrzebne do tego i jaki jest limit tolerancji mieszkańców? I wreszcie: jakie zwiększenie efektywności i oszczędności kosztów można osiągnąć w rzeczywistych warunkach?
Te ogromne ilości danych są przetwarzane przez specjalnie opracowane algorytmy, przekształcane w docelową temperaturę przepływu i ostatecznie przesyłane do pompy ciepła za pomocą interfejsu Modbus. Pompa ciepła powietrze-woda automatycznie dostosowuje się do tego wymagania. Oprócz licznych czujników i urządzeń pomiarowych, do badań wykorzystywany jest Hoval Belaria pro comfort (8). Z jednej strony należy zbadać, czy to podejście jest ekonomiczne oraz jak wysokie jest wymagane nakład sterowania i moc obliczeniowa. Z drugiej strony mają zostać przeprowadzone badania, czy pompy ciepła powietrze-woda mogą dorównać efektywności pomp ciepła solanka do wody. Pompy ciepła geotermalne są zazwyczaj bardziej wydajne, ale droższe w zakupie.
Manfred Gerngroß, inicjator projektu w imieniu Hoval, wyjaśnia: "Dlatego oddzielamy wytwarzanie ogrzewania i chłodzenia od bieżącego zapotrzebowania. Po stronie producenta odbywa się to poprzez prognozowanie aktualnych danych pogodowych i dokładne określenie, kiedy warto uruchomić pompę ciepła powietrze-woda, jeśli zajdzie taka potrzeba, z nieco wyższą temperaturą przepływu. Po stronie popytu wykorzystywane są wyuczone nawyki użytkowników oraz dostępna pojemność magazynowa budynku".
1 / 6HODE air-water heat pump outdoor unit – efficient new construction
2 / 6HODE new-build single-family home
3 / 6HODE modern new building
4 / 6HODE single-family home new construction utility room
5 / 6HODE single-family home utility room heat pump
6 / 6HODE air-to-water heat pump outdoor unit group
Od pomysłu do praktyki
Droga od pomysłu do konkretnych badań prowadziła najpierw przez symulacje, których dobre wyniki stały się podstawą do różnych projektów finansowania. Dla wymiernych rezultatów jednak potrzebna była prawdziwa firma. Odpowiednie budynki (nowoczesne nowe i budynki remontowe) można było znaleźć przy pomocy Federalnego Stowarzyszenia Konsultantów ds. Energii Budowlanej oraz Federalnego Stowarzyszenia Pomp Ciepła. Dom Jürgena Leppiga posiada wszystko, czego potrzebuje nowoczesny nowy budynek i był wyposażony w pompę ciepła solankowo-wodną. To sprawiło, że budynek był idealny do realizacji projektu, a pan Leppig szybko się przekonał: "Sam jestem konsultantem ds. energii i uznałem ten projekt za bardzo ekscytujący. Lubię brać udział w takich rzeczach."
Na przykład wyłączono pompę ciepła z zalewu na wodę, a zainstalowano Belaria pro comfort (8) firmy Hoval. Pompa ciepła powietrze-woda dostarcza teraz ciepło i ciepłą wodę w domach jednorodzinnych oraz w biurze konsultanta ds. energii, a także cenne dane do badań. Dzięki nowej pompie ciepła możliwe jest także chłodzenie aktywne, a jednocześnie można testować, jak chłodzenie wpływa na zużycie energii elektrycznej.
Równie interesujące jest pytanie, jak aktywne chłodzenie nowoczesnej pompy ciepła powietrze-woda sprawdza się w porównaniu z wcześniejszym pasywnym chłodzeniem za pomocą pompy ciepła solanki na wodę z otworami geotermalnymi sond.
"W kolejnym kroku szukaliśmy starszego budynku do remontu. Jest tam ogromny potencjał, ale musimy wiedzieć, czy nasz system będzie działał bez całej nowoczesnej technologii nowego budynku" – opisuje Manfred Gerngroß. Ostatecznie stał się domem brata Jürgena Leppiga – Rudolfa Leppiga. Zaleta: Domy nie tylko mają podobny rozmiar i przeznaczenie, ale także znajdują się w tym samym mieście. Pogoda i klimat są identyczne dla nowych i starych budynków. Do remontu wystarczyła również Belaria pro comfort (8) z Hoval, aby zastąpić poprzedni system ogrzewania gazowego, który zapewniał ogrzewanie podłogowe. To są optymalne warunki do reprezentatywnych, wiarygodnych wyników.
Efektywność bez poświęcenia komfortu
Na podstawie dotychczasowych wyników można zagwarantować poprawę efektywności o 10 do 20 procent. "Oczywiście, jak dobrze to działa, zawsze zależy od indywidualnego spożycia, pogody i pojemności magazynowej. Ale w przypadku nowoczesnych budynków możliwy jest co najmniej dziesięcioprocentowy wzrost efektywności" – podkreśla Manfred Gerngroß. Oznacza to, że pompa ciepła powietrze-woda, połączona z tą predykcyjną kontrolą, nie jest w żaden sposób gorsza od pompy ciepła solanka do wody. Jednocześnie niższe zużycie idzie w parze ze spadkiem kosztów operacyjnych. Jednak mieszkańcy tego nie zauważają. "Nie ma absolutnie żadnej utraty komfortu. To świetna rzecz dla użytkowników pomp ciepła, a wytwarzanie ciepłej wody latem dzięki prognozom temperatury zewnętrznej jest również bardzo oszczędne zasoby" – potwierdza Jürgen Leppig. W domu modernizacji obecnie zbierane są dane z normalnej eksploatacji do porównawczych wartości bez kontroli predykcyjnej. Jednak znacznie lepszy klimat wewnątrz jest już widoczny dzięki aktywnemu chłodzeniu pompy ciepła powietrze-woda.
Automatyzacja i rozwiązania indywidualne
Oprócz zaangażowanych osób, agencje finansujące dostrzegają również duży potencjał transformacji energetycznej w wynikach projektu i planują go rozwijać. "Naszą wizją jest udostępnienie tej technologii w chmurze. Pozwala to każdemu właścicielowi domu na indywidualne ustawienia i korzystanie z tego" – mówi Manfred Gerngroß, dodając: "W najlepszym wypadku można to również łączyć ze stacjami ładowania samochodów elektrycznych, samodzielnie wytwarzaną energią elektryczną z systemów fotowoltaicznych, elastycznymi taryfami elektryczną itd. Aby zapewnić sukces, już trwają prace nad automatyzacją porównywania prognoz i popytu za pomocą AI."