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Wärmepumpen werden als vielversprechende Lösung zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors angesehen. Konventionelle Kältemittel, die als direkte Emissionen aus Wärmepumpensystemen austreten, stellen insbesondere vor dem Hintergrund steigender Installationszahlen ein relevantes Treibhauspotenzial dar. Natürliche Kältemittel verfügen über ein geringes Treibhauspotenzial und können daher zur Substitution konventioneller Kältemittel verwendet werden. Dennoch werden sie bislang nicht im großen Maßstab eingesetzt. Es bedarf weiterer Studien und Anreize, um den Einsatz natürlicher Kältemittel voranzubringen. In dieser Fallstudie erfolgt anhand eines Referenzprojektes ein simulativer Vergleich zweier reversibler Luft-Wasser-Wärmepumpen. Im Referenzfall wird das konventionelle Kältemittel R32 verwendet, als Alternative dient das natürliche Kältemittel R290. Die beiden Systeme werden hinsichtlich ihrer Effizienz, Klimawirksamkeit und Wirtschaftlichkeit verglichen. Die notwendigen Berechnungen basieren auf einem kalibrierten Simulationsmodell des Gebäudes und der Anlage. Die Ergebnisse zeigen einen energetischen und ökologischen Vorteil für R290. Im Heizbetrieb, der den Hauptteil des thermischen Energiebedarfs im Referenzprojekt ausmacht, erreicht die Wärmepumpe mit R290 eine um 9% höhere Jahresarbeitszahl. Im Gegensatz dazu erzielt die R32-Wärmepumpe eine um 12% höhere Jahresarbeitszahl im Kühlbetrieb. Durch die höhere Effizienz im Heizbetrieb und das niedrigere Treibhauspotenzial des Kältemittels liegen die Emissionen durch den Betrieb der R290-Wärmepumpe um 17% unter denen der R32-Wärmepumpe. Der wirtschaftliche Vergleich der beiden Systeme fällt aufgrund höherer Investitionskosten zum Nachteil der R290-Wärmepumpe aus.
Einbindung von schneebedingten Erzeugungsverlusten einer Photovoltaikanlage in die Gebäudesimulation
(2022)
Aufgrund des globalen Photovoltaikeinsatzes, der mit einer starken Skalenökonomie der Technologie einhergeht, müssen auch regionale Wetterphänomene in Erzeugungsprognosen aufgenommen werden. Ein solches Wetterphänomen ist der Schneefall, der in höheren Breitengraden und Höhenlagen einen zentralen Einfluss auf den Ertrag der Anlagen hat. Aktuelle Vorhersagen durch Simulationssoftware berücksichtigen den Einfluss einer potentiellen Schneebedeckung meist nicht ausreichend oder gar nicht und die Solarerträge in den Wintermonaten werden deutlich überschätzt. Verbesserungen der Vorhersagen sind für die wirtschaftliche und betriebliche Einschätzung von Neuinstallationen wichtig. Prognoseverbesserungen in der kalten Jahreszeit sind insbesondere für die Planung von Projekten, bei denen das Heizsystem von solaren Gewinnen abhängt, notwendig. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass eine Prognose der schneebedingten Verluste direkt in die Planung und Modellierung von Neubauten einfließen kann. Der folgende Text befasst sich daher mit einer beispielhaften Modellierung von schneebedingten Erzeugungsverlusten einer Photovoltaikanlage. Das Modell wird dabei in bestehende Gebäudesimulationssoftware integriert. Dazu werden historische sowie empirisch gewonnene meteorologische Daten verwendet. Die genutzten Methoden umfassen zum einen überwachtes, maschinelles Lernen für die Prognose der Schneehöhen auf der Anlage und zum anderen einen physikalischen Ansatz, der die solare Durchdringung der Schneedecke abbilden soll. Die Arbeit dient als Impuls für eine zukünftige, unkomplizierte Berücksichtigung von schneebedingten Erzeugungsverlusten bei Photovoltaikanlagen in Gebäudesimulationssoftware.