Simulation and optimization of climate-neutral heating systems

Die Wärmeversorgung für Gebäudeheizungen ist mitten in einem umfassenden Wandel. Elektrische Wärmepumpen erobern immer mehr Marktanteile und ersetzen die Verbrennung von fossilen Rohstoffen. Die dadurch ermöglichte Reduktion von CO2-Emission ist politisch und gesellschaftlich gewollt und wird aktiv gefördert.

Aber für die flächendeckende Verbreitung von Wärmepumpen gibt es noch organisatorische und technische Herausforderungen. Zum Beispiel ist der Strompreis in Deutschland im Vergleich zum Gaspreis sehr hoch und macht den Betrieb von Wärmepumpen wirtschaftlich unattraktiv. Auf der anderen Seite sind die Kosten für Photovoltaikanlagen (PV) stark gesunken. Kombiniert mit einem Energiespeicher, der Angebot- und Nachfrageschwankungen ausgleicht, kann eine PV-Anlage günstigen Strom für die Wärmepumpe und damit Heizwärme liefern.

Das Gesamtsystem Speicher, Wärmepumpe und PV-Anlage ist allerdings deutlich komplexer als traditionelle Gaskessel. Das betrifft sowohl Betrieb als auch Auslegung.

Ist das das Heizsystem der Zukunft?

Ziel der Masterarbeit ist es, diese Frage aus technisch/wirtschaftlicher Sicht zu beantworten. Dazu werden Heizsysteme mit Simulationsmodellen abgebildet und eine wirtschaftlich optimale Dimensionierung der einzelnen Systemkomponenten berechnet. Es sollen sowohl thermische als auch elektrische Energiespeicher berücksichtigt werden.

Aufgaben

• Modellierung der Systemkomponenten in Modelica basierend auf der Bibliothek AixLib
• Recherche von Daten zu Betriebs- und Investitionskosten
• Simulationsstudien und Optimierungsrechnungen des Gesamtsystems

Rahmenbedingungen

• Masterarbeit mit 6 Monaten Dauer
• Starkes Interesse an Systemsimulation und Thermodynamik erforderlich
• Betreuung durch das Institut EBC der RWTH Aachen

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