Projekt "eLOS"
eLOS - Energetisch Lokal Optimiertes System für einen
emissionsarmen Gebäudebestand in Deutschland mittels
Digitalen Zwillingen
| Projektleitung und -koordination: |
Prof. Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert |
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Auftraggeber: |
BMWE (FKZ: 03EN1096A) |
| Projektpartner: |
EBC E.ON ERC RWTH Aachen |
| Laufzeit: | 07/2024 - 06/2027 |
| Link: |
Kurzbeschreibung
Die Wärmepumpentechnologie gilt als Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Heizungstechnik und leistet einen entscheidenden Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors. Hersteller bieten Systeme in verschiedenen Leistungsklassen an, die jedoch oft nicht optimal auf individuelle Gebäudeanforderungen abgestimmt sind. Durch zielgerichtete Anpassungen auf der Hardware- und Softwareseite auf die lokalen Bedingungen lassen sich deutliche Effizienzgewinne erzielen.
Ziel des Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist es, die regionale Adaptierbarkeit von Wärmepumpensystemen zu untersuchen. Hierzu soll ein Methodenbaukasten auf Basis eines Digitalen Zwillings entwickelt werden, der am „Produktionsende“ wie auch im „Feld“ zum Einsatz kommen kann. Der Methodenbaukasten soll jedoch nicht nur für die Sicherung der Produktqualität und die Erkennung von Fehlern eingesetzt werden, sondern auch eine Schnittstelle zur unabhängigen Effizienzbewertung durch den Verbraucher enthalten. Die Akzeptanzsteigerung der Wärmepumpentechnologie soll somit erhöht werden, was langfristig die Kaufentscheidung des Kunden begünstigt. Gleichzeitig soll ein Tool zur realistischen Einschätzung der lokal differierenden Effizienzwerte für eine verbesserte Kommunikation mit dem Kunden entwickelt werden. Hersteller von Wärmepumpen sollen in die Lage versetzt werden, Digitalisierungsstrategien direkt in dem gesamten Produktions- und Lebenszyklus der Produkte zu integrieren und daraus neue Geschäftsmodelle abzuleiten. Der Gedanke der Regionalisierung von Wärmepumpen soll als Leitfaden für alle Arbeiten im Projekt dienen.
Ein zentrales Projektergebnis: Die Deutschlandkarte mit Effizienzkennwerten
Die Effizienz von Luft-Wasser-Wärmepumpen (LWWP) wird maßgeblich durch regionale klimatische Randbedingungen beeinflusst. Mit der flächendeckenden Bereitstellung hochaufgelöster Testreferenzjahre durch den Deutschen Wetterdienst steht erstmals eine konsistente meteorologische Datengrundlage im 1 × 1-km-Raster für ganz Deutschland zur Verfügung. Die hohe räumliche Auflösung der TRY-Daten führt jedoch zu mehreren hunderttausend individuellen Zeitreihen für das Bundesgebiet. Für viele wissenschaftliche Fragestellungen – insbesondere im Rahmen regionaler Energieanalysen oder Szenariobetrachtungen – ist eine separate Verarbeitung jeder einzelnen Rasterzelle nicht rechnerisch effizient.
Vor diesem Hintergrund ist eine strukturiert, regionale Verdichtung der Klimadaten erforderlich. Ziel ist es, meteorologisch ähnliche Standorte zu Gruppen zusammenzufassen und dadurch die Datenmenge zu reduzieren, ohne die klimatische Charakteristik wesentlich zu verfälschen. Clustering-Verfahren bieten hierfür einen systematischen Ansatz. Durch geeignete Wahl der Merkmalsrepräsentation können sowohl saisonale Strukturen als auch energetisch relevante Temperaturcharakteristika berücksichtigt werden.
Aufbauend auf einer clusteringbasierten klimatischen Regionalisierung hochaufgelöster Testreferenzjahre wird in dieser Projekt eine deutschlandweite Karte des saisonalen Leistungskoeffizienten (SCOP) für Luft-Wasser-Wärmepumpen im 1 × 1-km-Raster entwickelt. Für repräsentative Clusterstandorte werden dynamische Jahressimulationen mit der Simulationsumgebung TRNSYS-TUD durchgeführt. Betrachtet werden Ein- und Mehrfamilienhäuser in unterschiedlichen Wärmeschutzstandards (Altbau, Neubau) sowie verschiedene Systemtemperaturniveaus.
Die Ergebnisse zeigen eine ausgeprägte klimatische Differenzierung der Effizienz. In den auswählbaren Kartendarstellungen erfolgt die Angabe der SCOP relativ jeweils bezogen auf den Mittelwert aller SCOP für alle Gebäudtypen. Beim Einfamilienhaus beträgt die standortabhängige Spreizung ΔSCOP bis zu 0,9, beim Mehrfamilienhaus etwa 1,0. Für den Großteil Deutschlands liegt die Spreizung innerhalb ΔSCOP ≤ 0,5. Als dominierender Einflussfaktor erweist sich das Temperaturniveau der Wärmeübergabe (freie Heizflächen/ Flächenheizung).
Für die detaillierte Kartenansicht nutzen Sie gern den folgenden Link: Deutschlandkarte Effizienz LWWP
