Monitoring eines Einfamilienhauses (KfW-Effizienzhaus 40)

mit Luft-Wärmepumpe, Photovoltaik-Anlage, Hausautomation und Batteriespeicher

Umfassendes Monitoring eines hochgedämmten Einfamilienhauses (KfW-Effizienzhaus 40), ausgestattet mit Luft-Wärmepumpe, PV-Anlage, Hausautomation zur Anlagenoptimierung u. Batteriespeicher. Analyse der Energieeffizienz einer Luft-Wärmepumpe im Betrieb, Aufzeigen von Optimierungsmöglichkeiten, Ermittlung Eigenstromverbrauch aus PV-Anlage unter Einbindung von Wettervorhersagen, Einsparpotenzial Hausautomation u. Heizungsregelung sowie eines Batteriespeichers. Leitfadenerstellung für Ulmer Öffentlichkeit + Experten für sinnvolle Konzeption (Gebäude, Anlagentechnik, Hausautomation), Installation u. Betrieb Luftwärmepumpe + PV + Batteriespeicher.

Antragsteller

Hochschule Ulm, Prof. Dr.-Ing. Gerhard Mengedoht,

Ziel

Validierung des Netto-Nullenergiehaus-Ansatzes der Stadt Ulm

Kooperationspartner
  • Casa Nova
  • Locher Haustechnik GmbH
  • Lonetal Elektrotechnik
Laufzeit

2016 – 2018

Projektpräsentation März 2016

Die Präsentation im Rahmen des unw-Mittwochsgesprächs können Sie hier abrufen.

Stand April 2018

Das Projekt befindet sich in der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit. Im ersten Jahr wurde das Monitoring mit Messdatenerfassung und -auswertung eingerichtet, Messwerte und Sensoren verifiziert, einzelne Messwerte erweitert und grundlegende Berechnungen (z.B. nach EnEV) sowie Simulationen durchgeführt. Die Analyse des ersten Messzeitraums ergab mit einer Jahresarbeitszahl von 2,4 eine enttäuschende Effizienz der Wärmepumpe. Die Photovoltaik-Anlage lieferte die erwarteten Stromerträge, trotz eines mageren Januars, in welchem die Module fast komplett vom Schnee bedeckt waren und nur einen geringen Ertrag lieferten.

Großes Optimierungspotential für die Effizienz und den Direktverbrauch von PV-Strom der Wärmepumpe verbirgt sich in der flexiblen Anpassung der Regelung an aktuelle Randbedingungen wie z.B. Wetterprognosen (Außenlufttemperatur, Solarstrahlung). Bild 1 zeigt beispielhaft die Auswirkung einer „unüberlegten“ Reglereinstellung für die Warmwasserbereitung: In den frühen Morgenstunden – mit im Tagesverlauf niedrigen Außenlufttemperaturen und zudem fehlendem PV-Ertrag – startet die Warmwasserbereitung. Ziel einer intelligenten Regelung ist es, den in der Grafik blauen Bereich zeitlich nach hinten zu verschieben.

Bild 1

 

Der Einbau eines Kommunikationsmoduls lässt nun die Fernsteuerung der Wärmepumpenanlage durch die Hausautomation zu. Durch die direkte Einflussnahme der Hausautomation, die u.a. über Wetterinformationen verfügt, konnte in den Sommermonaten der zweiten Messperiode die Arbeitszahl gegenüber dem Vergleichszeitraum um 0,5 verbessert werden – bei stets gleichbleibendem (oder sogar verbessertem) Komfort für die Nutzer. Zugleich konnte der Direktverbrauch von PV-Strom in der Wärmepumpe erhöht werden. Grundsätzlich sind weitere kleinere Effizienzsteigerungen möglich. Als nächstes folgt die Entwicklung einer Regelung für die Heizperiode.

Die Regelung der Warmwasserbereitung über die Hausautomation wurde bereits in der vorangegangenen Sommerperiode umgesetzt. Es folgte in den vergangenen Wintermonaten nun die Heizungsregelung. In der Hausautomation wurde eine Programmierung entwickelt, die über das Kommunikationsmodul der Wärmepumpe zu jedem Zeitpunkt vorgibt, welche Vorlauftemperatur gewünscht ist bzw. ob die Anlage überhaupt in Betrieb sein soll. Somit konnten unnötige Betriebszeiten reduziert werden und die Effizienz gesteigert werden.

Das Projekt befindet sich in der finalen Phase. Aktuell werden die vergangenen Monate ausgewertet. Messdaten wurden im Projektverlauf nun über zwei volle Jahre erfasst. Die Anlage konnte im zweiten Messjahr effizienter betrieben werden als im Vorjahr. Wie hoch die Effizienzsteigerung letztendlich war, wird die kommende Auswertung zeigen. Ein Student bearbeitet derzeit seine Studienarbeit im Rahmen des Projektes. Dabei wird er die Anlage im Projekthaus in einer Simulationssoftware nachbilden und die Ergebnisse mit real gemessenen Daten vergleichen. Somit können durch Simulation evtl. weitere Rückschlüsse auf Optimierung des Gesamtsystems gezogen werden.