实际运行监控
PVT热泵系统在独户住宅中的应用
该计划伴随着快速发展的PVT 行业，研究PVT 热泵系统在现实条件下的可靠性和性能。 对五个单户住宅的多年监测产生了宝贵的见解。
1 - 调查的独栋住宅一目了然。 该项目简介显示了房屋供暖技术和供热分配系统（地暖或散热器）。 该编号对应于可公开访问的监控门户中的系统编号。 1 号房屋的结果呈阴影，因为燃气锅炉与热泵平行安装，因此热泵更有可能在有利的天气条件下通过优先调节运行。 图片来源：
作者：Bärbel Epp，项目合作伙伴
光伏热（PVT）集热器被认为是盐水热泵的替代热源。 它们利用太阳和环境热量产生电力和热量，并将其输送到热泵，从而提高其效率和二氧化碳平衡表。 在一年的时间里，这种 PVT 集热器组合产生的总能量是相同面积光伏系统的四倍。
为了提高建筑行业对这种组合的认识，联邦经济事务和能源部自 2019 年底以来一直为该计划提供资金。三个科学合作伙伴：弗莱堡的弗劳恩霍夫 ISE、建筑能源、热技术研究所和斯图加特大学的储能 (IGTE) 和哈梅林太阳能研究所 (ISFH) 正在启动。 与此同时，来自德国及周边国家的16家系统供应商也加入了该倡议。
核心活动之一是在实际条件下测量 PVT 热泵系统。 工业合作伙伴能够提出配备各种测量技术的示范屋。 目前，对来自不同系统供应商的第一套具有投资理念的单户住宅进行了为期两年的调查（图 1）。 监测数据在网站上公开。
评价体系的核心参数是年度绩效因子（JAZ）。 它被定义为与热泵（压缩机、加热元件和控制系统）、热源回路中的控制和泵送所需的电能相关的年度热量和热水供应量。
ISE的项目经理表示：“我们在年度性能系数的系统限制中没有考虑房屋的蓄热量，因此不同的供暖系统对运行结果的影响很小，我们实现了更大的可比性。 此外，图1显示了纯粹用于加热操作的JAZ。 这里，不扣除直接用于运行热泵的PVT集热器的太阳能份额。
新建的单户住宅建筑（5 号住宅）表现最佳，JAZ 为 4.2。 在这里，PVT 集热器与花园中的三个地下篮子一起工作，为热泵提供热量。 瑞典的一栋大型翻新独栋住宅（3 号住宅）也取得了令人满意的效率，在两个测量年中 JAZ 分别为 3.3 和 3.4。 项目经理强调，新旧建筑的所有示范系统在前两年都非常稳定。 通过与从事这项工作的专业公司的沟通，还可以在能源效率方面优化某些系统。
以新大楼（4号楼）和旧楼（3号楼）为例，对两座工厂的运营结果进行了更详细的考察。
住宅建筑：PVT、光伏和太阳能热泵
位于下萨克森州哈斯菲尔德的新住宅楼（4 号住宅）将完全由由 Th 太阳能热泵供电的调制 6 kW PVT 集热器供暖。 屋顶旁边是一个16m的2PVT场，功率为3.6kW，安装了1.8kW的光伏系统。
一个拥有 190 平方米的四口之家可以预期较低的供暖成本，因为监测证实年度性能系数远高于 3。此平衡包括 7 kW 电加热元件的电力需求，根据 2022 年月度资产负债表，该电加热元件很少启动（见图2）。 到 2022 年，供暖系统将总共需要 2,566 千瓦时的电力。 其中，79%用于热泵，13%用于作为辅助动力的泵和控制系统，8%用于加热元件。
2 - 房屋 4 的每月能源平衡 - 位于下萨克森州哈斯费尔德的一栋新建的单户住宅，配有热泵，仅从 PVT 集热场吸收热量，并通过电加热元件将其熔化作为额外加热。 图片来源：
结论是，在运行中，以PVT集热器作为热泵唯一热源的PVT热泵供暖系统与PVT和地面集热器的系统达到相似的效率，因此加热元件当然比地面集热器便宜得多。
图2显示供暖系统的效率（表示为热泵的每月性能系数）全年波动。 显然，夏季生活热水的高温往往是由热泵产生的，其效率低于秋季和冬季主导热平衡的适度供暖温度。
在监测过程中，还记录了PVT集热器太阳能电路中的温度。 因季节而异。 1月和2月，PVT集热器当月能量加权初始温度分别为1.7℃和0.4℃。 冬季，PVT 集热器每天都会将温度扩展到低至 -12°C。 屋顶太阳能电路电缆在建筑围护结构内必须良好绝缘，以防止形成冷凝。
另一方面，7月和8月，屋顶平均温度分别为18.4℃和19℃。 热泵的设计必须适应这些广泛的源温度范围。 因此，PVT 热泵系统必须始终是一个协调良好的整体系统。
如果减去与热泵运行同时产生的太阳能份额，年度性能系数如何增加？ 据监测，PVT集热器和额外安装的光伏组件提供的电力在电池的帮助下，满足了哈斯菲尔德独户住宅热泵和加热元件每年33%的电力需求。 结果，根据这种自我消耗调整的年度绩效系数从 3.9 增加到 5.9。
示范户的监测数据显示，在规模合理的无电池系统中，大约有10%至30%的光伏电力直接用于供暖。 安装太阳能电池后，覆盖率增加至 25% 至 40%。
瑞典的独栋住宅：PVT 和地源热泵
关于监测的附件3，瑞典一栋大型翻修独栋房屋，长340平方米，需要采取行动：地热探头 - 多年来作为盐水热泵的唯一热源 - 已冷却了房屋显着接地。 地热探头周围形成冷漏斗，探头产热量不断降低。
2020年安装的PVT系统面积为31平方米，功率为19千瓦，Ayer一次完成三项任务。 它直接向盐水热泵提供电力和热量（图 3 中 x 轴上方的黄色柱）。 夏季多余的热量也可以输入地热探头，使那里的土壤再生。 图 3 显示了这种方法运行良好的事实。 特别是在 5 月到 9 月期间，PVT 系统将很大一部分热量传递到地面（x 轴下方的橙棕色柱）。 每月的热量平衡还显示出一个有趣的效果，即使在夏天，当没有直接来自 PVT 集热器的热量时，热泵也会进入地下（X 轴上方的棕色条）。
3 - 房屋内 11 kWth 盐水热泵热源的每月热平衡 3 - 瑞典一栋经过翻修的独立式住宅，拥有 340 平方米的加热居住空间。 来自 PVT 系统和地面的热量直接流向热泵，如向前方向（x 轴上方）所示。 通过探头输入地面的多余 PVT 热量出现在 x 轴下方。 图片来源：
关于满足瑞典住宅建筑采暖和热水热需求的总体平衡：热泵的热量25%直接来自PVT集热场，75%由地热探头提供。 地热探头76%的热源来自PVT系统。 “这个示范屋表明，用 PVT 收集器场补充旧建筑中现有的地热探测场非常有帮助，因为这样地热源可以在多年内保持其效率而无需扩展，” 总结道。
以瑞典的一栋独栋住宅为例，测量技术显示，一年中热泵用电需求的21%（1,427千瓦时）由PVT电力直接满足。 这里没有太阳能电池。 如果考虑到这一影响，2022年年度绩效系数将从3.4增加到4.3。
在较高的加热回路温度下，年性能系数降低
图 4 将先前监测项目中不带 PVT 的热泵系统的现场测试结果与新演示室的结果结合起来。 每个蓝点代表一个空气源热泵，每个棕色点代表一个盐水热泵——在所有现有的单户住宅中。 所调查的五个系统的黑点大致介于空气热泵和盐水热泵的效率之间。 “这是一个值得欢迎的结果，因为 PVT 热泵系统仍然是一种年轻且不太成熟的建筑技术，当然仍然有很大的改进潜力，”克莱默解释道。
图 4 - 2019 年测量的具有和不具有 PVT 的现有单户住宅热泵系统的年度性能系数。蓝点代表空气源热泵，棕色点代表盐水热泵。 两者都是 WP smart im 项目的一部分。 黑点为调查的五栋住宅楼，其中包含2022年的数据。图片::
尽管图 4 显示热泵的年性能系数取决于供暖回路和热水回路中的温度，但在较旧的建筑物中可以实现良好的效率值。 “根据我们的研究结果，PVT 热泵系统也非常适合用于翻修，” 总结道。
