Title: L-SOL : Heizungssystem mit PVT als Quelle für eine Wärmepumpe
Authors : Schubert, Maike
Rohrer, Jürg
Sperr, Nadia
Koch, Martin
Publisher / Ed. Institution : Bundesamt für Energie (BFE)
Publisher / Ed. Institution: Wädenswil
Issue Date: 12-Dec-2018
License (according to publishing contract) : Not specified
Language : German
Subjects : PVT; Wärmepumpen; Solarthermie; Wärmespeicher; Autarkie
Subject (DDC) : 620: Engineering
Abstract: In the first part of the project “L-Sol: Heating System with PVT-collectors as source for a heat pump” we have shown that such a system works properly in simulations in an ecological and economical way. The seasonal performance factor is higher than in an air-water heat pump based heating system for both a new as well as a retrofitted old building. From the economical point of view, the PVT-plant itself (including collectors and installation) is the most substantial part of the investment costs. Therefore, it is difficult to level the total costs of an air-water based heating system, even if calculated over 20 years including the costs of operation. By lowering the collector costs (e.g. by using retrofitted collectors), however, total cost estimates over 20 years become comparable to those of an air-water based heat pump system. The heating system with PVT-collectors as heat source (L-Sol) is easily extendable in case of higher than expected heat demand (performance gap). Besides the small demand of space and less effort in installation, this is an advantage compared to systems with ice-storage and ground source loops. Compared with an air-water heat pump the main advantage besides the better system efficiency is the low noise level due to the absence of an air-water heat exchanger. The performance of the system has been examined systematically in simulations using the software Polysun in order to identify the main control factors. Preferably, the minimal possible inlet temperature at the source side of the heat pump should be y low to gain as much heat as possible from the environment by the PVT–collectors. A further point with essential influence on the system efficiency is the temperature within the heating circuit, which should be as low as possible (as typical for heating systems with heat pumps). The thermal storage between PVT and heat pump should be sufficiently large enough to compensate short phases of bad weather conditions. All components of the heating system have to fit well in size to the space heating and hot water demand of the building.
Im ersten Projektteil des Projektes «L-Sol: Heizungssystem mit PVT-Kollektoren als Quelle für eine Wärmepumpe» konnte gezeigt werden, dass ein solches System sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll ist. Die Jahresarbeitszahl war für beide betrachteten Gebäude, Neubau und energetisch sanierter Altbau, besser als für ein entsprechendes Heizungssystem mit einer Luft-Wasser Wärmepumpe. Ökonomisch betrachtet stellt die PVT-Anlage (Kollektoren inklusive Installation) einen sehr grossen Kostenpunkt dar. Dadurch ist es schwierig, auch über 20 Jahre mit Berücksichtigung der Betriebskosten die tiefen Kosten eines Luft-Wasser Wärmepumpensystems zu erreichen. Durch Einsparungen bei den Kollektorkosten selbst (z.B. durch nachgerüstete PVT-Kollektoren) lassen sich die Kosten über 20 Jahre jedoch fast auf das Niveau eines Luft-Wasser Wärmepumpensystems senken. Weitere Vorteile eines Systems mit PVT-Kollektoren als Wärmequelle sind gegenüber Eisspeicher und 2-Sol die Erweiterbarkeit des Systems bei Problemen im Betrieb (z.B. höherer Heizwärmebedarf als erwartet durch den sogenannten «performance gap» zwischen Planung und realem Betrieb). Während die Sondenlänge im System 2-Sol bzw. das Volumen des Eisspeichers bei einem bestehenden Objekt nur unter sehr hohem Aufwand erweitert werden kann, kann im System L-Sol die PVT-Fläche sehr einfach erweitert werden, ohne dass sonstige Anpassungen am System notwendig sind. Zusätzlich sind keine umfassenden Bodenarbeiten notwendig, das System ist relativ platzsparend. Gegenüber einem System mit Luft-Wasser-Wärmepumpe besteht neben der besseren Systemeffizienz vor allem der Vorteil, dass keine Geräuschbelastung durch einen Luft-Wasser Wärmetauscher auf dem Grundstück besteht. Eine genauere Untersuchung des Systemverhaltens wurde mit der Simulationssoftware Polysun durchgeführt. Dabei konnten die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Systemeffizienz identifiziert werden: PVT-Kollektoren sammeln bei tiefen Vorlauftemperaturen besonders viel Wärme auch ohne Sonneneinstrahlung über den Temperaturunterschied zur Umgebungsluft. Eine möglichst tiefe quellseitige Vorlauftemperatur an der Wärmepumpe kann daher positiv für die Gesamteffizienz des Systems sein, da mehr Umgebungswärme genutzt wird. Ein weiterer wesentlicher Punkt für die Systemeffizienz ist, wie bei allen Wärmepumpensystemen, eine möglichst tiefe Temperatur im Heizkreis. Der Speicher zwischen Wärmepumpe und PVT-Kollektoren sollte eine ausreichende Grösse haben, um kurze Schlechtwetterphasen puffern zu können. Letztendlich muss die Auslegung der Komponenten (Speicher und PVT-Kollektorfläche) an den Heizwärmebedarf des Gebäudes angepasst sein.
Further description : BFE - Jahresbericht 2018
Departement: Life Sciences and Facility Management
Organisational Unit: Institute of Natural Resource Sciences (IUNR)
Publication type: Working Paper – Expertise – Study
URI: https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/14150
Published as part of the ZHAW project : L-SOL: Neuartiges System für die optimierte Nutzung von PV/T und Wärmepumpe in EFH ohne Erdwärmesonde und ohne Aussenlufteinheit
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