Integration von Wärmepumpen in solare Nahwärmeanlagen mit saisonaler Wärmespeicherung:
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Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2015
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT III
INHALTSVERZEICHNIS V
NOMENKLATUR IX
KURZFASSUNG XIII
ABSTRACT XIII
1 EINLEITUNG 1
1.1 STAND DES WISSENS 2
1.1.1 SOLARE NAHWAERMEANLAGEN 2
1.1.2 SAISONALE WAERMESPEICHERUNG 3
1.1.3 WAERMEPUMPEN IN SOLAREN NAHWAERMEANLAGEN 6
1.2 MOTIVATION 7
1.3 ZIELSETZUNG UND VORGEHENS WEISE 8
2 INTEGRATION VON WAERMEPUMPEN IN REALISIERTEN SOLAREN NAHWAERMEANLAGEN.
11
2.1 BESCHREIBUNG DER SOLAREN NAHWAERMEANLAGE IN ROSTOCK 12
2.2 BESCHREIBUNG DER SOLAREN NAHWAERMEANLAGE IN NECKARSULM 13
2.3 BESCHREIBUNG DER SOLAREN NAHWAERMEANLAGE IN CRAILSHEIM 14
2.4 BESCHREIBUNG DER SOLAREN NAHWAERMEANLAGE IN EGGENSTEIN-LEOPOLDSHAFEN
. 16
2.5 BESCHREIBUNG DER SOLAREN NAHWAERMEANLAGE IN MARSTAL (DAENEMARK) 17
2.6 ANALYSE REALISIERTER SOLARER NAHWAERMEANLAGEN 18
2.6.1 DEFINITION CHARAKTERISTISCHER KENNZAHLEN ZUR KOMPONENTEN- UND
ANLAGENBEWERTUNG 19
2.6.2 AUSWERTUNG DER ANLAGE IN ROSTOCK 21
2.6.3 AUSWERTUNG DER ANLAGE IN NECKARSULM 23
2.7 VERGLEICH UND FAZIT 27
3 MODELLIERUNG VON WAERMEPUMPEN FUER SOLARE NAHWAERMEANLAGEN 31
3.1 EINLEITUNG 31
V
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INHALTSVERZEICHNIS
3.2 ALLGEMEINER UEBERBLICK DER MODELLANSAETZE 31
3.3 TRANSIENTE MODELLANSAETZE 33
3.3.1 AUSWERTEVERFAHREN 1 DER NTB 33
3.3.2 AUSWERTEVERFAHREN 2 DER NTB 34
3.3.3 AUSWERTEVERFAHREN 3 DER NTB 34
3.4 ZIELE BEI DER MODELLIERUNG VON WAERMEPUMPEN FUER SOLARE
NAHWAERMEANLAGEN
35
3.5 MODELLANPASSUNG 35
3.5.1 MODIFIKATIONEN DES STATIONAEREN MODELLS 36
3.5.2 ERWEITERUNG ZUM DYNAMISCHEN MODELL 36
3.6 VALIDIERUNG DES WAERMEPUMPENMODELLS 40
3.6.1 MESSDATEN FUER DIE VALIDIERUNG 40
3.6.2 MESSSTELLEN UND MESSDATENERFASSUNG 41
3.6.3 SIMULATIONSPARAMETER UND SIMULATIONSMODELLE FUER DIE VALIDIERUNG 43
3.6.4 QUANTITATIVE AUSWERTUNG DER VALIDIERUNG 43
3.6.5 QUALITATIVE AUSWERTUNG DER VALIDIERUNG 45
3.7 SENSITIVITAETSANALYSE 49
3.7.1 PARAMETERVARIATION 50
3.7.2 ZEITLICHE DISKRETISIERUNG 51
3.7.3 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG DER SENSITIVITAETSANALYSE 52
4 ENTWICKLUNG EINES NEUEN ANLAGENKONZEPTS FUER DIE INTEGRATION VON
WAERMEPUMPEN IN SOLARE NAHWAERMEANLAGEN MIT SAISONALER
WAERMESPEICHERUNG 59
4.1 VORUNTERSUCHUNGEN 59
4.2 BESCHREIBUNG DES ANLAGENKONZEPTS 60
4.2.1 ANLAGENKONFIGURATION DER REFERENZANLAGE 62
4.2.2 VERWENDETE MODELLE IM SIMULATIONSPROGRAMM TRNSYS 63
4.2.3 VERWENDETES LASTPROFIL 63
4.2.4 SIMULATIONSERGEBNISSE DER REFERENZANLAGE 64
4.3 SENSITIVITAETSANALYSE 67
VI
INHALTSVERZEICHNIS
4.4 DETAILLIERTE PARAMETERVARIATION VERSCHIEDENER EINFLUSSGROESSEN ZUR
BESTIMMUNG
DER ENERGETISCHEN OPTIMA DER ANLAGENKONFIGURATION 70
4.4.1 PARAMETERVARIATION DES VOLUMENS DES LANGZEIT-WAERMESPEICHERS UND
DER
SCHICHTDICKE DER WAERMEDAEMMUNG 71
4.4.2 PARAMETERVARIATION DER KOLLEKTORFLAECHE UND DES
KOLLEKTORANSTELLWINKELS
73
4.4.3 PARAMETERVARIATION DER WAERMEPUMPENLEISTUNG UND UNTERSUCHUNG DER
WAERMEVERLUSTE DURCH TAKTEN DER WAERMEPUMPE 76
4.5 VARIATION EINZELNER KOMPONENTEN DER GESAMTANLAGE 80
4.5.1 LEISTUNGSFAEHIGKEIT DER KOLLEKTOREN 80
4.5.2 ANLAGENKONZEPT MIT SUBSTITUTION DES WARMWASSERSPEICHERS DURCH
EINEN
KIES/WASSER-WAERMESPEICHER 84
4.5.3 LASTVERHALTEN DES NAHWAERMENETZES 87
4.6 VERGLEICH DES NEUEN ANLAGENKONZEPTS MIT ANDEREN ANLAGENKONZEPTEN 90
4.6.1 BESCHREIBUNG DER KONZEPTVARIANTEN 91
4.6.2 SIMULATIONSERGEBNISSE DER KONZEPTVARIANTEN UND VERGLEICH ZUR
REFERENZANLAGE 94
4.6.3 POTENTIALABSCHAETZUNG KOMBINATION BHKW UND THERMISCH ANGETRIEBENE
WAERMEPUMPE 101
4.6.4 BEWERTUNG DER KONZEPTVARIANTEN 102
4.7 PRIMAERENERGETISCHER VERGLEICH ZUKUNFTSFAEHIGER WAERMEBEREITSTELLUNG
103
4.8 FAZIT 105
5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 107
LITERATUR 111
ANHANG 1: KREISPROZESS DER WAERMEPUMPE 121
ANHANG 2: FEHLERBETRACHTUNG 122
ANHANG 3: LASTENHEFT 125
ANHANG 4: REGELSTRATEGIE DER REFERENZANLAGE 131
ANHANG 5: ERWEITERTE ERGEBNISSE DER DETAILLIERTE PARAMETERVARIATION 134
ANHANG 6: VARIATION DER LEISTUNGSFAEHIGKEIT DER KOLLEKTOREN 141
ANHANG 7: VERGLEICH DER LASTPROFILE 144
ANHANG 8: VERGLEICH DER NETZVORLAUFTEMPERATUREN 145
VII |
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