Studie zeigt: KI steigert die Effizienz von Wärmepumpen

KI-gestützte Wärmepumpen: Wie künstliche Intelligenz die Energieeffizienz steigert

Die Heiztechnik hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht – besonders im Bereich der Wärmepumpen, die bereits eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Lösung zur Beheizung von Wohngebäuden bieten. Doch eine neue Generation von Wärmepumpen, die mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattet ist, könnte den Energieverbrauch und die Heizleistung noch weiter optimieren. In einer aktuellen Studie des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) wird gezeigt, wie KI in Wärmepumpen die Effizienz steigern kann, ohne dass die Grundtechnologie infrage gestellt wird.

Optimierung durch selbstlernende Systeme

Traditionell arbeiten Wärmepumpen mit fest eingestellten Heizkurven, die einmalig bei der Installation angepasst werden. Diese Heizkurven berücksichtigen jedoch oft nicht die individuellen Gegebenheiten eines Hauses – etwa Veränderungen im Gebäude (durch Renovierungen), unterschiedliche Sonneneinstrahlung oder die Gewohnheiten der Bewohner. Diese Fixierung auf einmal festgelegte Werte kann zu ineffizienten Heizungen führen, bei denen der Energieverbrauch unnötig hoch ist.

Die Lösung? Künstliche Intelligenz. Künstliche neuronale Netze, die in der Forschung des Fraunhofer ISE verwendet werden, können lernen, wie sich das Gebäudeverhalten über verschiedene Jahreszeiten und unter veränderlichen Bedingungen verändert. Das bedeutet, dass die Wärmepumpe kontinuierlich lernt und sich automatisch anpasst, ohne dass eine manuelle Neuprogrammierung erforderlich ist. So lässt sich die Heizkurve optimal auf das jeweilige Gebäude und dessen Nutzung anpassen.

Ergebnisse der Studie: Mehr Komfort bei weniger Energieverbrauch

Im Rahmen des Projekts „AI4HP“ haben das Fraunhofer ISE und ihre Partner wie Stiebel Eltron und EDF R&D eine neuartige KI-gesteuerte Regelung entwickelt, die in umfangreichen Simulationen und Feldtests beachtliche Ergebnisse erzielte. Durch die KI-basierte Steuerung konnte die Effizienz in mehreren getesteten Gebäuden um durchschnittlich 5 bis 13 % gesteigert werden. Der wesentliche Vorteil: Das System erreichte eine bessere Übereinstimmung zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der tatsächlichen Temperatur, wodurch unnötige Heizenergie vermieden wurde.

Ein besonders beeindruckendes Ergebnis kam aus einem Feldtest in einem echten Gebäude. Hier zeigte sich, dass die KI-gesteuerte Wärmepumpe eine Steigerung des COP (Coefficient of Performance) – ein Maß für die Effizienz der Wärmepumpe – von 25 % erreichte. Dieser Fortschritt wurde durch eine genauere und schnellere Anpassung an die klimatischen Bedingungen und die spezifischen Bedürfnisse der Bewohner erzielt. In weiteren Tests sollen diese Ergebnisse auch auf andere Gebäudetypen und Heizsysteme angewendet werden.

Die Rolle der KI in der Wärmepumpentechnologie

Die künstliche Intelligenz in diesen Systemen ist keineswegs eine „All-in-One“-Lösung, die alle bestehenden Wärmepumpentechnologien ersetzt, sondern ein fortschrittliches Werkzeug, das die bestehenden Systeme auf ein neues Leistungsniveau hebt. Wärmepumpen ohne KI sind nach wie vor eine der besten und effizientesten Methoden zur Gebäudeheizung, da sie weniger Energie verbrauchen und den CO₂-Ausstoß erheblich reduzieren können. Doch die Einführung von KI könnte den nächsten großen Schritt in Sachen Energieeinsparung und Nutzerkomfort bedeuten.

Im Falle von selbstlernenden Wärmepumpen wird durch die KI nicht nur die Heizleistung optimiert, sondern auch die Flexibilität erhöht. Die Technologie ist in der Lage, aus verschiedenen Einflussfaktoren wie Wetterbedingungen, Gebäudeverhalten und individuellen Nutzergewohnheiten zu lernen. Diese dynamische Anpassung verspricht nicht nur eine bessere Energieeffizienz, sondern auch eine angenehme und konstant gleichbleibende Raumtemperatur, die den Komfort für die Bewohner erhöht.

KI als Zukunft der Wärmepumpen?

Die Integration von Künstlicher Intelligenz in Wärmepumpensysteme eröffnet spannende Möglichkeiten, die Effizienz und Flexibilität dieser Heiztechnologien weiter zu steigern. Insbesondere der KI-gesteuerte Regelungsmechanismus, der in der aktuellen Studie des Fraunhofer ISE vorgestellt wurde, zeigt, dass durch intelligentes Lernen und kontinuierliche Anpassung an veränderte Bedingungen eine signifikante Energieeinsparung erzielt werden kann. Der optimierte Betrieb ermöglicht es, den Verbrauch von Heizenergie und Warmwasser weiter zu senken, was sowohl der Umwelt als auch dem Geldbeutel zugutekommt.

Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass Wärmepumpen auch ohne künstliche Intelligenz bereits sehr effektiv sind. Die Innovationen durch KI bieten jedoch eine weitere Verbesserung, die besonders bei individuellen und sich ändernden Heizbedürfnissen von Vorteil ist. In Zukunft wird es wahrscheinlich immer mehr Wärmepumpenmodelle geben, die KI-Technologien integrieren, um den Heizkomfort und die Energieeffizienz auf die nächste Stufe zu heben.

Weitere Entwicklungen

Das Projekt „AI4HP“ wird weiterhin analysiert und weiterentwickelt. Forscher und Ingenieure arbeiten daran, die KI-Methoden robuster und für die breite Anwendung kostengünstiger zu machen. Ziel ist es, diese Technologien auf eine Vielzahl von Gebäuden anwendbar zu machen, sodass immer mehr Haushalte von den Vorteilen dieser intelligenten Heizlösungen profitieren können.

Quelle: Fraunhofer ISE