Spricht man von Energieeffizienz, geht es häufig um die Wahl der richtigen technischen Geräte. Doch nicht nur bei den Geräten, sondern auch in ihrer Regelung liegt grosses Sparpotential bei den Heizkosten. Wie mit dem Wetterbericht beim Heizen Energie gespart werden kann, zeigt ein Projekt der Hochschule Luzern.
Vortritt für erneuerbare Energie
Ausprobiert hat das Team des Kompetenzzentrums Electronics die Vorausschauende Regelung im Solarhaus auf dem Campus des Departements Technik & Architektur der Hochschule Luzern. Das Solarhaus wurde für den internationalen SolarDecathlon Wettbewerb im Jahr 2014 von Studierenden entworfen und gebaut. Ein Heizungsspeicher versorgt es mit Wärme. Dieser wird aus unterschiedlichen Quellen gespeist. Ziel ist es, den Energiebedarf so weit als möglich durch Solarenergie abzudecken, die über eine thermische Solaranlage gewonnen wird. Wurde der Speicher aber bereits geladen – zum Beispiel über eine Wärmepumpe –, verringert sich der Anteil, der durch die Sonne gedeckt werden kann. Die Herausforderung besteht darin, einerseits nicht unnötig mit der Wärmepumpe Wärme auf Vorrat zu produzieren und andererseits doch sicherzustellen, dass immer genügend Heizenergie zur Verfügung steht. Hier hilft der Wetterbericht: Das Kompetenzzentrum Electronics des Instituts Elektrotechnik entwickelte für das Solarhaus eine Vorausschauende Regelung der gesamten Gebäudeheizung. Dabei ermittelt die Regelung mit Hilfe der Wetterprognose laufend den erwarteten Heizbedarf und sorgt dafür, dass dieser durchgehend gedeckt werden kann. Die Erwärmung der Räume durch Sonneneinstrahlung wird ebenfalls berücksichtigt und führt zu einem geringeren Heizbedarf. Mit der Wärmepumpe wird der Speicher nicht mehr als nötig befüllt, um möglichst viel Solarenergie zu nützen.
Blick in die Zukunft
Ein dreimonatiger Testbetrieb im Winter 2016/2017 zeigte, dass die vorausschauende Regelung wie erwartet die Energieeffizienz der Gebäudeheizung verbessert und die Bewohnerinnen und Bewohner dabei nicht frieren müssen. In Simulationen konnte die Nutzung der erneuerbaren Energie um bis zu 20 Prozent gesteigert werden. «Um dies zu erreichen, wagt der Regelungsalgorithmus mit einem Computermodell der Gebäudeheizung kontinuierlich einen Blick in die Zukunft. Der Wärmebedarf und das Potential an erneuerbarer Energie lässt sich mit der Wetterprognose abschätzen. Mit Simulationen ermittelt die Regelung automatisch, wann die Wärmepumpe eingeschaltet werden muss, um allfällige Versorgungslücken zu füllen», sagt Stefan Ineichen. Das eingesetzte Verfahren nennt sich modellprädiktive Regelung und kommt in anderen Industriebranchen, zum Beispiel bei Kraftwerken, bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Anwendung.
