Wie Wärmepumpen dank KI bis 13 % effizienter werden
KI macht Wärmepumpen effizienter: Bis zu 13 % Energieeinsparung und 25 % bessere Leistung durch neuronale Netze.
Wärmepumpen können mit künstlicher Intelligenz effizienter betrieben werden, da sich fehlerhafte Geräteeinstellungen vermeiden lassen und die Heizsysteme optimiert laufen können.
Foto: PantherMedia / Ingrid Balabanova
Wärmepumpen gelten als Schlüsseltechnologie, um den Energieverbrauch im Gebäudesektor zu senken und die Klimaziele zu erreichen. Doch um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, müssen sie effizienter arbeiten. Hier setzt die Künstliche Intelligenz (KI) an: Mit ihrer Hilfe lassen sich nicht nur fehlerhafte Einstellungen vermeiden, sondern auch die Heizsysteme dynamisch optimieren. Dies steigert den Komfort der Bewohner und reduziert gleichzeitig den Energieverbrauch.
Inhaltsverzeichnis
Intelligente Wärmepumpen der nächsten Generation
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) arbeitet an einer neuen Generation von Wärmepumpen, die sich durch den Einsatz künstlicher neuronaler Netze an wechselnde Umgebungsbedingungen anpassen können. Diese Systeme lernen aus den Betriebsbedingungen und verbessern ihre Effizienz fortlaufend. Simulationen zeigen ein Einsparpotenzial von 5 bis 13 %, während gleichzeitig der Komfort für die Nutzer gesteigert wird. Erste Feldtests in realen Gebäuden bestätigten diese vielversprechenden Ergebnisse.
Das Projekt „AI4HP“
Das Forschungsprojekt „AI4HP“ vereint Expertinnen und Experten des Fraunhofer ISE, des Unternehmens Stiebel Eltron sowie mehrere Forschungseinrichtungen aus Frankreich. Ziel ist es, die Möglichkeiten und Grenzen von KI-gestützten Regelungssystemen für Wärmepumpen auszuloten. Dabei untersuchen die Forscher, wie neuronale Netze die bisher statischen Heizkurven ersetzen können.
Heutige Wärmepumpen arbeiten oft mit Heizkurven, die bei der Installation festgelegt werden. Diese starre Methode ist selten optimal auf das jeweilige Gebäude abgestimmt. Häufig müssten Techniker sie manuell nachjustieren, was zeitaufwendig ist. KI bietet hier einen deutlichen Vorteil: Sie analysiert kontinuierlich Daten wie Temperatur, Sonneneinstrahlung und das Verhalten der Bewohner. Auf dieser Basis passt sie die Steuerung automatisch an. Laut Dr. Lilli Frison, Projektleiterin am Fraunhofer ISE, müssen „KI-Methoden robuster und skalierbarer werden, um kostengünstig in einer Vielzahl unterschiedlicher Gebäude implementiert werden zu können“.
Kern der intelligenten Wärmepumpe ist ein neuronales Netz, das auf der sogenannten Transformer-Architektur basiert. Dieses Modell verknüpft historische und aktuelle Daten, um den zeitlichen Verlauf der Raumtemperatur vorherzusagen. Zusammen mit einem Optimierungsalgorithmus regelt es die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe in Echtzeit. Diese dynamische Anpassung sorgt nicht nur für eine effizientere Nutzung der Energie, sondern auch für eine präzisere Erreichung der gewünschten Raumtemperaturen.
Praxistests liefern positive Ergebnisse
Die KI-basierte Steuerung wurde in Simulationen und einem realen Feldtest intensiv überprüft. Dabei simulierten die Forscher drei verschiedene Gebäudetypen – jeweils über eine komplette Heizsaison hinweg. Die Ergebnisse zeigen deutliche Energieeinsparungen: Im Durchschnitt konnten 13 % weniger Energie verbraucht werden. Diese Einsparungen resultieren aus einer besseren Abstimmung der Soll- und Ist-Temperaturen.
Ein weiterer Erfolg zeigte sich im Feldtest in einem realen Gebäude. Dort steigerte der KI-Regler den Coefficient of Performance (COP) der Wärmepumpe um 25 %. Zudem wurden die Heizkurvenparameter innerhalb weniger Tage optimiert. Das spart Energie und verbessert die Effizienz auch bei konventionellen Heizkurvenbetrieb. Leistungszahl COP bezeichnet das Verhältnis von erzeugter Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung.
Herausforderungen und weitere Entwicklungen
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse stehen die Forschenden noch vor Herausforderungen. Besonders wichtig ist die Genauigkeit des KI-Gebäudemodells. Fehler in den Berechnungen können die Effizienz der Wärmepumpe beeinträchtigen. Langfristige Feldstudien in unterschiedlichen Gebäudetypen sind notwendig, um die Technologie weiter zu verbessern und ihre Praxistauglichkeit zu erhöhen.
Auch für die Warmwasserbereitung bietet die KI erhebliche Vorteile. Französische Partner des Projekts haben einen intelligenten Algorithmus entwickelt, der in einer Klimakammer unter realen Bedingungen getestet wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass der Stromverbrauch für Warmwasser um bis zu 8 % gesenkt werden kann.
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