HEAVEN – LowEx-Konzepte für die Wärmeversorgung von Mehrfamilien-Bestandsgebäuden (LowEx-Bestand)

Im Teilprojekt HEAVEN des Projekt-Verbundes LowEx-Bestand wurden Wärmequellen für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im städtischen Umfeld mit wenigen dafür nutzbaren Umgebungsflächen adressiert. Es wurden die kombinierte Nutzung der Wärmequellen Außenluft und Erdreich entwickelt und untersucht. Des Weiteren wurden dezentrale Wohnraumlüftungen untersucht, denen eine Schlüsselrolle in der MFH-Sanierung zukommen kann. Insbesondere eine bedarfsgeführte Regelung verspricht erhebliche Energieeinsparpotenziale. Daher wurde die Regelung dieser Geräte optimiert und eine Methode zur Bewertung entwickelt. Die Anforderungen an die Geräte in Bezug auf deren Kompaktheit, Wärmerückgewinnung und Geräuschentwicklung steigen stetig, die technischen Eigenschaften eines Koaxial-Wärmeübertragers adressieren diese.

Modulierende Sole-Wärmepumpe mit Mehrquellensystem

Im Rahmen von HEAVEN wurde ein Mehrquellen-Wärmepumpensystems mit oberflächennaher Geothermie und Außenluft entwickelt. Das entstandene Funktionsmuster, in dessen Zentrum eine innovative Wärmequellenhydraulik und -regelung steht, leistet einen Beitrag zu den wärmequellenseitigen Hemmnissen für Wärmepumpen im Mehrfamilienhausbestand und im Kontext einer hohen Bebauungsdichte zu überwinden. Durch die Nutzung der beiden etablierten Wärmequellen ist eine signifikante Reduktion des Erdwärmesondenfelds und zugleich ein lärmsensibler Betrieb der Außenluftwärmequelle möglich. Überdies bietet der Wärmeaustausch zwischen den Quellen Vorteile, indem das Erdreich im Sommer durch warme Außenluft regeneriert werden kann und das Erdreich als Niedertemperatur-Wärmequelle für eine winterliche Abtauung des Luft-Wärmeübertragers nutzbar ist.

Optimierung und Bewertung von Wohnungslüftung mit Pendellüftern

Für dezentrale Lüftungsgeräte wurde auf Basis eines eigens erstellten Modells optimierte Regelstrategien entwickelt. Mithilfe eines für die Geräteentwicklung konzipierten Teststandes wurde das Spülluftverfahren zur energetischen Bewertung von dezentralen Lüftungsgeräten weiterentwickelt. So konnte unter anderem eine enthalpische Bilanzierung realisiert werden. Im Zusammenwirken konnte anhand von Messungen in realen Gebäuden die Lüftungswirksamkeit der Geräte bestimmt und für die energetische Bewertung berücksichtigt werden. Ebenfalls im Rahmen der Feldmessungen erfolgte die nutzerzentrierte Regelungsentwicklung für diese dezentralen Lüftungsgeräte.

Dezentrales Lüftungsgerät mit Koaxialwärmeübertrager und energieeffizienten Axiallüftern

Auf Basis der mathematischen Beschreibung der Geometrie des Koaxialwärmeübertragers wurden erstmals multiphysikalische Simulationen unter Berücksichtigung dieser komplexen Wärmeübertragergeometrie für dieses Konzept durchgeführt. Die Geometrie wurde in ein CADModell überführt und ein erstes Testmuster in Realgröße mittels 3D-Druck angefertigt. Die damit erreichte Flexibilität ermöglichte die Betrachtung von Variationen der Geometrie hinsichtlich Kanalanzahl und Länge der Anström- und zentralen Wärmeübertragerbereiche.