HEAVEN – Modulierende Sole-Wärmepumpe mit Mehrquellensystem und dezentrale Lüftungsanlagen

Im Projekt-Verbund »LowEx-Konzepte für die Wärmeversorgung von sanierten Mehrfamilien-Bestandsgebäuden (LowEx-Bestand)« werden Lösungen für den Einsatz von Elektro- und Gas-Wärmepumpen, Wärmeübergabe- und Lüftungssystemen in energetisch sanierten Mehrfamiliengebäuden analysiert, entwickelt und demonstriert. Eines der Technologieprojekte aus diesem Verbund ist das Vorhaben »HEAVEN« (HEAting and VENtilation) mit drei Entwicklungszielen: Eine leistungsmodulierende Sole-Wärmepumpe und die kombinierte Nutzung der Wärmequellen Erdreich und Außenluft (AP1), die Optimierung der wohnungs- und raumweisen Regelung von dezentralen Lüftungsgeräten und eine neuartige Bewertungsmethode (AP2) sowie die Entwicklung eines Funktionsmusters für ein energieeffizientes und geräuscharmes dezentrales Lüftungsgerät mit Koaxialwärmetauscher (AP3).

Arbeitspaket 1: Modulierende Sole-Wärmepumpe und kombinierte Wärmequellen

Auch infolge geringer nutzbarer Umgebungsfläche im innerstädtischen Bereich geht der Trend zur Wärmequelle Außenluft, die vergleichsweise ineffizient ist und den Auflagen der TA Lärm unterliegt. Im Projekt sollen daher die Vorteile beider Wärmequellen Außenluft und Erdreich kombiniert werden.

Mittels modellbasierter Analysen wurden Betriebsstrategien entwickelt, wobei neben der Optimierung der Wärmequellentemperatur auch der Energieaustausch zwischen den Wärmequellen (Regeneration, Abtauung) berücksichtigt wird. Es wurden Labormessungen zur neu entwickelten Wärmequellen-Hydraulik und -Regelung sowie zum Ver- und Enteisungsverhalten am Luft/Sole-Wärmeübertrager durchgeführt. Diese dienen der Funktionsprüfung, der Verbesserung des Betriebsverhaltens sowie der Charakterisierung.

Im Jahr 2021 wurde das Mehrquellen-Wärmepumpensystem in einem Mehrfamilienhaus mit 30 Wohneinheiten in Karlsruhe installiert und ist hierin seit Januar 2022 im Regelbetrieb. Im Rahmen des Feldtests wird der Betrieb des Mehrquellen-Wärmepumpensystems in der Praxis demonstriert. Es werden Rückschlüsse und Verbesserungspotentiale hinsichtlich der Belastung der Wärmequellen, der Wärmequellen-Hydraulik und der Betriebsstrategien sowie eine Bewertung der Effizienz des Wärmepumpensystems vorgenommen.

Arbeitspaket 2: Optimierung und Bewertung von Wohnungslüftung

Dezentrale Wohnraumlüftung kann eine Schlüsselrolle in der MFH-Sanierung einnehmen (u.a. kein Kanalnetz). Derzeit fehlt es jedoch an geeigneten Methoden zur kombinierten Bewertung solcher Geräte.

In AP2 wird daher eine geeignete Methode zur Bewertung von dezentralen Wohnungslüftungsgeräten entwickelt. Dabei geht es um die Bewertung von Lüftungseffizienz, Energieeffizienz und Komfort, sowohl im Feld als im Labor.

Parallel werden auch innovative Regelungen für diese Geräte entwickelt, und simulativ sowie im Feld während Messkampagnen getestet.

Arbeitspaket 3: Dezentrales Lüftungsgerät mit Koaxialwärmetauscher und energieeffizienten Axiallüftern

Die Anforderungen an dezentrale Lüftungsgeräte wie Kompaktheit, Wärmerückgewinnung und Geräuschentwicklung, steigen stetig. Gleichzeitig nimmt der Bedarf an dezentraler energieeffizienter Wohnraumlüftung zu. Durch Nutzung eines Koaxial-Wärmeübertragers soll diesen Anforderungen begegnet werden.

Das Ziel der Arbeiten in AP3 ist daher die Entwicklung eines Funktionsmusters auf der Basis eines Koaxialwärmeübertragers. Ein kontinuierlicher Betrieb, welcher die Geräuschbelastung minimiert, ein verringerter Aufwand bei der Installation mit nur einer Kernbohrung sowie die Skalierbarkeit durch innovative Fertigungsprozesse stellen wesentliche Vorteile gegenüber bisherigen dezentralen Lüftungsgeräten dar.