Wie Heizsysteme mit Wärmepumpe und Warmwasserspeicher durch maschinelles Lernen stromsparend betrieben werden können, hat ein deutsches Forscherteam untersucht.

 

Das Ergebnis ist beeindruckend: Wenn der Einsatz der Wärmepumpe an den Strompreisschwankungen ausgerichtet wird, lassen sich bis zu 35 Prozent der Kosten für den Betrieb der Anlage sparen. Und der Energieverbrauch der Wärmepumpe ließ sich in der Simulation um 15 Prozent senken, wenn sie mit Hilfe Künstler Intelligenz (KI) gesteuert wird.

Beim maschinellen Lernen, einem Zweig der KI, lernen Systeme aus vorhandenen Daten, ohne dass sie explizit programmiert werden müssen. Es geht darum, Modelle zu erstellen, die auf Basis neuer, nicht zuvor gesehenen Daten korrekte Vorhersagen treffen können. Dabei spielt das sogenannte Reinforcement Learning eine Rolle, das auf positivem und negativem Feedback beruht, das in künftige Entscheidungen miteinbezogen wird.

Wissenschaftler der Universität Oldenburg, des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und des DLR haben ihre Versuche an einem virtuellen Wohnkomplex mit 100 Wohneinheiten und 7.000 Quadratmetern Wohnfläche und einem jährlichen Raumwärmebedarf von rund 25 kWh pro Quadratmetern durchgeführt. Dabei kommen eine zentrale Wärmepumpe mit 100 kW und ein Warmwasserspeicher als Wärmespeicher zum Einsatz.

Neben der Optimierung der Stromkosten durch die optimale Nutzung variabler Strompreise und der Senkung des Gesamtenergieverbrauchs der Anlage, haben die Wissenschaftler auch festgestellt, dass bei optimierter Fahrweise die installierte Leistung nicht in vollem Umfang benötigt wird. Das wiederum könnte bereits die Investitionskosten für eine Wärmepumpe senken. Eine große Rolle beim intelligent abgestimmten Zusammenspiel des Versuchsaufbaus spielt auch der Warmwasserspeicher. Dessen flexibler Einsatz kann Stromkosten für die Wärmepumpe sparen − und Wärmeverluste im Speicher selbst verringern.

Für weitergehende Untersuchungen können sich die Forschenden die Einbeziehung einer PV-Anlage vorstellen oder die der Warmwasseraufbereitung. Der im aktuellen Versuchsaufbau eingesetzte Warmwasserspeicher dient nur der Unterstützung der Raumheizung.