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Setup of a laboratory to analyse heat pump performance

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Konzeption eines Labors zur Leistungsbewertung von Wärmepumpen

Wärmepumpen bieten eine grünere Möglichkeit zum Heizen und Kühlen sowie zur Versorgung mit Brauchwarmwasser und sind teils auch für die Industrie geeignet. LAB2SHAPE hat ein Labor konzipiert, das ihre Leistung genau testen kann, um den Verbraucherinnen und Verbrauchern eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu bieten.

Klimawandel und Umwelt

Wärmepumpen übertragen Wärme aus dem niedrigen Temperaturbereich in höhere Temperaturen. Im Winter können sie Energie – in der Regel in Form von Elektrizität – bereitstellen, um die kalte Außenluft in Wärme für den Innenbereich umzuwandeln. Im Sommer nehmen sie Raumwärme auf und geben sie nach außen ab. Wärmepumpen sind effizient: Aus einer Einheit Antriebsenergie entstehen vier Einheiten Wärme oder Kälte – die übrigen Einheiten werden aus Umweltquellen wie dem Boden gewonnen. Diese Antriebsenergie kann aus erneuerbaren Quellen wie der Photovoltaik stammen, was die CO2-Emissionen senkt. Zudem lassen sich Wärmepumpen in Stromnetze integrieren. Da sie Energie speichern, können sie sogar für zusätzliche Flexibilität im Netz sorgen. „Dennoch müssen die Verbraucherinnen und Verbraucher erst weiter von ihrem Nutzen überzeugt werden“, so der Forscher Mustafa Araz vom Projekt LAB2SHAPE. Es herrscht bislang die Fehlauffassung, dass die Technologie in kaltem Klima nicht funktioniert – obwohl sie in Skandinavien am weitesten verbreitet ist. Viele halten sie auch für zu teuer – trotz bestehender Subventionen in vielen europäischen Ländern. Und nicht zuletzt besteht ein Mangel an fachkundigem Installationspersonal. „In ein paar Jahrzehnten werden alle Gasheizkessel unweigerlich durch Wärmepumpen ersetzt werden. Um die Nachfrage anzukurbeln, muss ihre Leistung allerdings effektiver quantifiziert und erklärt werden“, merkt Araz an. Das Projekt LAB2SHAPE, das von Peutz Niederlande durchgeführt wurde, hat nun ein Konzept für ein Labor entwickelt, das die Leistung von Wärmepumpen bewertet und der Kundschaft damit unabhängige Tests, Zertifizierungen und Beratung anbieten kann.

Das Laborkonzept

Anhand von öffentlich verfügbaren Datensätzen zu Wärmepumpen wurde ein Computermodell für Labortests entwickelt, das für unterschiedliche Wärmepumpen, Kapazitäten, Effizienzen und Abtaumodi anwendbar ist. Das Labor beschränkte sich auf elektrisch betriebene Wärmepumpen für Wohngebäude mit einer maximalen thermischen Wärme-/Kühlkapazität von 20 kW. Die Jahresarbeitszahl wird gegenwärtig anhand von Tests gemäß EU-Verordnungen, den Vorschriften für Ökodesign und Energieverbrauchskennzeichnung und europäischen Normen (EN 14511, EN 14825 und EN 16147) ermittelt und wird berechnet, indem die Ergebnisse von vier bis sechs Testpunkten bei drei verschiedenen Klimabedingungen zusammengerechnet werden. „Die Kapazität wird vom Hersteller zudem auf einen festen Wert geregelt, sodass der Betrieb beim Test, anders als im realen Szenario, nicht auf einem Thermostat basiert“, fügt Araz hinzu. „Dadurch ergeben sich Fragen über die tatsächlichen Effizienzen.“ Das Laborkonzept des Projekts war auf die Prüfung verschiedener Leistungsarten ausgerichtet: Luft-Luft-Wärmepumpen und Luft-Luft-Klimaanlagen; Luft-Wasser-Wärmepumpen; Wasser/Sole-Wasser/Sole-Wärmepumpen; Sole-Luft-Wärmepumpen; und Brauchwasserwärmepumpen. Gemäß den EU-Standards umfassten die Tests auch Qualitätskennzeichen wie das EHPA-Gütesiegel und das Qualitätszeichen KEYMARK. „Unseres Wissens nach gibt es in den Niederlanden überhaupt keine und europaweit nur sehr wenige Testzentren für Luft-Wärmepumpen und Klimaanlagen. Überhaupt werden kommerzielle Tests kaum angeboten. Angesichts des Marktwachstums wird die Nachfrage mit Wahrscheinlichkeit drastisch steigen“, erklärt Araz.

Neue Standards setzen

In der EU gehen 40 % des Energieverbrauchs und 36 % der CO2-Emissionen auf Gebäude zurück, wobei heutige Wohnheizsysteme vorwiegend mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Angesichts von EU-Initiativen wie der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden, der Energieeffizienzrichtlinie und dem Grünen Deal sind Wärmepumpen jedoch ein ausschlaggebender Faktor für einen grünen Wandel. Jüngst formulierte die Europäische Kommission das Ziel, auf eine Energieunabhängigkeit hinzuarbeiten, wobei unter anderem die Verdoppelung der installierten Wärmepumpen innerhalb der nächsten fünf Jahre vorgesehen ist. Das Projektteam prüft derzeit potenzielle Partnerschaften für die Inbetriebnahme seines Begutachtungs- und Zertifizierungslabors. „Unser Labor könnte durch die Kombination von Leistungsdaten und dynamischen Simulationen zudem die Bewertung spezifischer Wärmepumpen für verschiedene Gebäudearten, Klimata und sogar andere Energiesysteme wie die Photovoltaik ermöglichen“, so Araz abschließend.

Schlüsselbegriffe

LAB2SHAPE, Wärmepumpe, fossile Brennstoffe, Energie, Wohngebäude, Gebäude, Wärme, Heizung, Kühlen, Kühlung, Labor

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