Ein Projekt am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme untersucht, wie sich der Betrieb von Wärmepumpen an sich verändernde Rahmenbedingungen anpassen lässt.

 

Ob die Wärmepumpe tatsächlich die ihr häufig zugeschriebene Rolle als Heiztechnologie der Zukunft ausfüllen kann, hängt zu einem großen Teil von ihrer Effizienz ab. Doch diese entspreche in der Praxis nicht immer den Erwartungen der Betreiber, heißt es in einer Mitteilung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Daher entwickeln Wissenschaftler dort gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung eine neue Generation intelligenter Wärmepumpen. Künstliche Intelligenz (KI) soll dabei die Anpassung an sich verändernde Rahmenbedingungen ermöglichen. Eine Energieeinsparung bis zu 20 % und eine entsprechende CO2-Reduktion sei auf diese Weise ohne Komforteinbußen erreichbar, heißt es weiter.

Die Wissenschaftler weisen darauf hin, dass bei herkömmlichen Wärmepumpen in Wohngebäuden die Heizkurvenregelung vom Installateur jeweils nach der gewünschten Raumtemperatur und der Außentemperatur eingestellt wird. Eine solche statische Regelung berücksichtige beispielsweise weder sich ändernde Nutzergewohnheiten noch die Alterung des Gebäudes. „Dabei ist durch die fortschreitende digitale Vernetzung von Wärmepumpe und Gebäude über Smart Home Sensorik die Voraussetzung für eine selbst-lernende adaptive Regelung geschaffen“, erklärt Lilli Frison, Projektleiterin am Fraunhofer ISE.

Auch Nutzerkomfort und vorausschauende Wartung im Fokus

Neue KI-Methoden auf der Grundlage künstlicher neuronaler Netze sollen eine adaptive Wärmepumpenregelung und -überwachung ermöglichen. Daran arbeiten der Wärmepumpenhersteller Stiebel-Eltron, der französische Energiekonzern EDF sowie französische Forschungsinstitute mit dem Fraunhofer ISE in einem auf drei Jahre angelegten und vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt.

Neben einer höchstmöglichen Energieeffizienz haben die Partner mit der neuen Generation von Wärmepumpen auch den Nutzerkomfort im Blick. Darüber hinaus soll die künstliche Intelligenz eine vorausschauende Wartung gewährleisten und Leistungseinbußen durch eine frühzeitige Fehlererkennung vermeiden helfen.
„Dafür sollen neuartige maschinelle Lernmethoden aus dem Forschungsbereich ‚Inkrementelles Lernen‘ entwickelt werden, damit die KI schnell einsatzfähig ist und im laufenden Betrieb autonom und adaptiv weiter lernt“, sagt Projektleiterin Frison. So soll die prognostizierte 20-prozentige Energieeinsparung auch tatsächlich erreicht werden.

Letztlich sei es Ziel des Projekts, „die KI-Methoden kostengünstig auf eine große Anzahl unterschiedlicher Gebäudetypen übertragen zu können, in denen die Daten zudem oft von Sensoren mit geringer Präzision und Zuverlässigkeit stammen“, heißt es in der Mitteilung des Fraunhofer-Instituts. Dabei stünden die Anwendungsfälle „adaptive Heizkurvenregelung“, „adaptive Regelung von Warmwasserwärmepumpen auf Basis von Lastprognosen“ und „adaptive Fehlererkennung und -diagnose“ im Mittelpunkt. In einem nächsten Schritt sollen diese Wärmepumpenregelungen in einer Testumgebung simuliert und dann in Labortests und Pilotgebäuden validiert werden.