Eurac Research
Ivo Corrà/NOI Techpark
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Energiewende

Intelligente Wärmepumpen

Weg von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien: Die Energiewende ist eine Herausforderung, die nur durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft und Forschung bewältigt werden kann.
Di
Ritratto di NOI Techpark
NOI Techpark12.10.2021
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Eine solche Zusammenarbeit sind das Südtiroler Energieberatungsunternehmen inewa und das Institut für Erneuerbare Energien von Eurac Reasearch eingegangen. Und zwar im Zuge eines ganz besonderen Wettbewerbs: nämlich Fusion Grant. Das ist ein Wettbewerb der Stiftung Südtiroler Sparkasse in Zusammenarbeit mit NOI Techpark, dem Südtiroler Wirtschaftsring und WirtschaftsNetz Südtirol, der junge Forschende in angewandten wissenschaftlichen Projekten von Südtiroler Unternehmen fördert. Gemeinsam arbeiten die beiden Realitäten mit Sitz im NOI Techpark nun mehrere Monate lang an der Entwicklung einer optimierten Steuerungslogik für Wärmepumpenanlagen mit zwei Quellen.

Eurac Research
Eurac Research, von Ivo Corrà/NOI Techpark

Aber fangen wir von vorne an: Worum handelt es sich bei Wärmepumpenanlagen? Warum sind zwei Quellen effizienter als eine? Und was bedeutet eine smarte Steuerung? Vereinfacht gesagt holen sich Wärmepumpen die kostenlos und unbegrenzt von der Umwelt zur Verfügung gestellte Energie aus der Luft, aus dem Erdreich oder aus dem Wasser über das Heizungssystem in den Wohnraum. Das Prinzip kann man sich vorstellen wie bei einem Kühlschrank, der die Wärme nach außen leitet, nur eben genau umgekehrt. Das in der Wärmepumpe befindliche Kältemittel wird über die Umweltwärme verdampft und mit Hilfe eines Kompressors verdichtet. In einem Kondensator gibt das erhitzte Kältemittel seine Wärme an das Heizungssystem ab und verflüssigt sich wieder. Das Ergebnis ist ein energiesparender, kostengünstiger und nachhaltiger Kreislauf. Dabei können als primäre Energiequellen die Außenluft, das Erdreich, Grundwasser, Meerwasser oder die Abwärme von industriellen Prozessen genutzt werden.

Im Fusion Grant Projekt geht es darum, eine intelligente Überwachung für thermische Anlagen und Systeme, die Wärmepumpen mit zwei Quellen (Luft- und Erdwärme) verwenden, zu entwickeln. Die Vorteile dieser Art von Pumpen liegen auf der Hand: Durch die Kombination von zwei verschiedenen Quellen ergibt sich ganzjährig eine stabile und hohe Leistung. Denn eine Luft-Wärmepumpe kann zwar fast überall eingesetzt werden, hat aber bei niedrigen Außentemperaturen den schlechtesten Wirkungsgrad. Demgegenüber hat eine Geothermie-Wärmepumpe zwar eine aufwendigere Installation, liefert aber konstantere Wärmeenergie. In Kombination gibt es zahlreiche Einsatzgebiete - von Wohngebäuden über Büros bis hin zu großen Hotelkomplexen. Ausschlaggebend ist dabei eine intelligente Steuerung, heißt, das System muss jederzeit den idealen Mix der zwei regenerativen Wärmeenergiequellen Luftwärme und Erdwärme errechnen und dementsprechend darauf zugreifen.

Als erster Schritt der Entwicklungsarbeit wird die Wärmepumpenanlage in den Eurac Research Laboren im NOI charakterisiert. Daraus wird ein Modell erstellt, um die Steuerungsalgorithmen einer typischen Anlage zu entwickeln. Diese Algorithmen wählen mithilfe künstlicher Intelligenz anhand der erfassten Wettervorhersagen und der berechneten thermischen Last die zu verwendende Quelle – entweder Luft oder Erde - aus. Zu guter Letzt wird die intelligente Überwachung in einer simulierten Umgebung im Heat Pumps Lab validiert. Es wird geschätzt, dass die Implementierung einer smarten Steuerungslogik in Zweiquellen-Wärmepumpensystemen um einiges effizienter ist als herkömmliche Geothermiesysteme. Das Forschungsteam erwartet am Ende des Projekts eine Steigerung der durchschnittlichen Effizienz um etwa 20 %. Bedeutet konkret, mehr Energie für denselben Aufwand und damit verbunden weniger Belastung für Umwelt und Geldbörse.

Lab 4 Business
Lab 4 Business, von Ivo Corrà/NOI Techpark

In den Laboren des NOI Techpark gibt es noch viele andere Möglichkeiten der Zusammenarbeit. Wer einen Einblick erhalten möchte, welches Potenzial für die eigene Unternehmensidee oder Innovation dort liegt: Beim Event Lab 4 Business am 13. Oktober kann man von 9 bis 15 Uhr verschiedene Labore aus den Technologiefeldern Green und Food sowie die beiden Prototypen-Werkstätten Kitchen Lab und Maker Space sowie die jeweiligen Laborverantwortlichen kennenlernen.

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Ritratto di Gianguido Piani
Gianguido Piani 12 Ottobre, 2021 - 16:22

Wie schön! Der Artikel beschreibt genau das, was wir Ende der 1970er - Anfang 1980er beim Labor für Regelungstechnik der Universität Lund (Schweden) auch machten. "Prädiktive Regelung" heißt es. Heute kann man natürlich dagegen "smart" sagen und etwas KI darauf streuen, es ist wie die Farbe Grau, sie lässt sich mit allen anderen Farben gut kombinieren. Übrigens, seit Jahren zapfe ich mit einem Raspberry Pi (40 Euro) die Vorhersagen beim Wetterdienst der Provinz, um meine Heizung optimal zu steuern. Das Wärmelast-Modell für die Wohnung kann anhand der gesammelten Daten rekonstruiert werden, fachlich ausgedrückt "online parameter estimation". Alles ohne Google Nest)))
"Steigerung der durchschnittlichen Effizienz um etwa 20%" - es wäre interessant zu wissen, wie schnell bei typischen Anwendungen und großen Lasten, wie bei Hotels, die Mehrinvestition für die aufwendigere Installation und den doppelt ausgelegten Kreis sich zahlt. Hauptsache, diese Lösung bleibt nicht nur im Labor, sondern wird dann vom Klimatechniker auch angeboten.

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