LowEx-Bestand-HTWP – Verbundvorhaben LowEx-Konzepte für die Wärmeversorgung von sanierten Mehrfamilien-Bestandsgebäuden

Der Gebäudesektor spielt für den Energieverbrauch Deutschlands eine maßgebliche Rolle. So ist die Dekarbonisierung der Wärmebereitstellungstechniken ein zentraler Hebel, um die klimapolitischen Ziele der Bundesregierung zu erreichen. Wärmepumpen bieten dazu ein erhebliches Potenzial.

In diesem Verbundprojekt werden zwei Entwicklungsstränge verfolgt: Zum einen werden Dimensionierungs- und Betriebsstrategien für bivalente Systeme, bestehend aus Elektrowärmepumpe und Gastherme, entwickelt und implementiert. Dabei werden unterschiedliche hydraulische Einbindungen für Raumheizung und Trinkwassererwärmung sowie mehrere Optimierungsziele (CO2-Emissionen, Investkosten,…) berücksichtigt.

Zum anderen wird eine Wärmepumpe mit füllmengenreduziertem Kältekreis mit natürlichem Kältemittel entwickelt.

Der Mehrfamiliengebäudebestand stellt für Elektrowärmepumpen einen herausfordernden Markt dar: Hohe Heizwärmebedarfe, kombiniert mit dem Einsatz von Radiatoren, erfordern hohe Heizkreistemperaturen. Dies gilt ebenso für die Sicherstellung der Hygiene bei der Warmwasserbereitung. Dichte Bebauung im städtischen Bereich erschwert die Erschließung der Umgebungswärmequelle. In diesem Verbundprojekt zwischen der Bosch Thermotechnik GmbH, der Robert Bosch GmbH und dem Fraunhofer ISE werden daher zwei Wärmepumpenlösungen zur Sanierung entwickelt.

Eine vielversprechende Lösung für die Einbindung von Umweltwärme besteht im Einsatz bivalenter (hybrider) Systeme. Die hier adressierten Systeme bestehen aus elektrischer Wärmepumpe in Kombination mit einem fossilen Wärmeerzeuger, die über eine übergeordnete Regelung zur Umsetzung einer gemeinsamen Betriebsstrategie verfügen. Üblicherweise wird bei diesen Systemen bisher unterhalb einer definierten, fixen Außenlufttemperatur (Bivalenzpunkt) der fossile Wärmerzeuger betrieben und oberhalb des Bivalenzpunktes die Wärmepumpe. Damit wird sichergestellt, dass das Gesamtsystem bis zum Auslegungspunkt die benötigte Wärme bereitstellen kann, ohne dass die Wärmepumpen (und somit auch die Wärmequelle) auf die Maximalleistung ausgelegt werden muss. Außerdem kann es eine so geartete Regelung erlauben, dass die Wärmepumpe immer mit einer mindestens „ausreichenden“ Effizienz betrieben wird. Ziele der Arbeiten sind die Entwicklung und Implementierung von Dimensionierungs- und Betriebsstrategien für bivalente Systeme für den MFH-Bestand unter Berücksichtigung

• unterschiedlicher hydraulischer Einbindungen für Raumheizung und Trinkwassererwärmung
• unterschiedlicher Optimierungsziele (Primärenergie, CO2,…)
• von Netzdienlichkeit
• von Gebäude und Wärmeübergabesystem

Zur Erfüllung der mit der F-Gase-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014) anvisierten Reduktion der Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) wird parallel in einem zweiten Vorhabensteil eine für Bestands-MFH geeignete Wärmepumpe auf Basis natürlicher, brennbarer Kältemittel entwickelt. Um dessen Gefährdungspotenzial zu minimieren, wird der Kältekreis u.a. mittels neuartiger Verdampferkonzepte auf eine minimale Füllmenge konzipiert. Daneben wird ein entsprechendes Sicherheitskonzept erarbeitet. Um den hohen Anforderungen an die Schallemissionen im dicht bebauten städtischen Raum zu genügen, fließen in die gesamte Entwicklung aktuelle Erkenntnissen der Psychoakustik ein.