Heiztechnik der Zukunft

Wärmepumpen können auch im Gebäude­bestand effizient arbeiten. Zu diesem Ergebnis kommt das Fraunhofer-Institut für Solare Energie­systeme ISE anhand von Feldtests der vergangenen zwölf Jahre. Auf einer wissenschaftlichen Tagung stellt das Forschungs­institut erstmals die Daten der neuesten Langzeit­beobachtung vor. Im Vergleich zu einem früheren Projekt im Bereich der Bestands­gebäude hat sich die Effizienz der Luft/Wasser-Wärme­pumpen um etwa zwanzig Prozent gesteigert. Auch aus diesem Grund baut das Fraunhofer ISE seine Wärmepumpen-Aktivitäten massiv aus, unter anderem mit einem Testlabor und verstärkter Forschung an Konzepten für den Einsatz in Mehrfamilien­häusern.

Vermessung einer neuartigen Verteilerstruktur zur Verdampfung des Kältemittels einer Wärmepumpe. (Bild: Fh.-ISE)

„Wärmepumpen werden sich zur zukünftig wichtigsten Heiztechnik in Deutschland entwickeln“, sagt Marek Miara, Koordinator Wärme­pumpen am Fraunhofer-Institut für Solare Energie­systeme ISE in Freiburg, und präzisiert: „Wärmepumpen sollen 2050 zwischen 65 und 90 Prozent der Niedertemperaturwärme in Gebäuden bereitstellen.“ Er stützt sich bei diesen Zahlen auf die Studie „Was kostet die Energiewende“, die das Institut 2015 erstellte und deren zugrunde liegendes Rechen­modell für die Optimierung von Transformations­pfaden nationaler Energiesysteme (REMod) seither in vielfältigen Projekten zum Einsatz kam.

Die neuesten Feldtest-Ergebnisse des Fraunhofer ISE bestätigen das große Potenzial von Wärmepumpen. Auf der DKV Tagung (Deutscher Kälte- und Klima­technischer Verein) im November in Bremen stellt das Fraunhofer ISE den rund fünfhundert Wissenschaftlern, neben anderen Forschungs­arbeiten rund um Wärmepumpen, erstmals Zwischen­ergebnisse aus einer Feldstudie von Wärmepumpen in Gebäuden vor, die überwiegend zwischen 1950 und 1995 installiert wurden. Die Auswertungen zeigen, dass die neue Generation von Anlagen im Mittel knapp zwanzig Prozent an Effizienz gewonnen hat. Vergleichsbasis ist dabei ein Projekt mit ähnlichem Fokus von vor zehn Jahren. Die Effizienz­gewinne liegen einerseits an den Geräten selbst, andererseits an verbesserten Installationen sowie Wärme­übergabe­systemen, die geringere Heizkreis­temperaturen ermöglichen. Die mittleren Jahres­arbeits­zahlen JAZ der Luft/Wasser-Wärme­pumpen liegen bei fünfzehn gemessenen Anlagen zwischen 2,5 und 3,4. Ein umfassend saniertes Gebäude erreichte eine JAZ von 4,1. Die Jahres­arbeits­zahl beschreibt das Verhältnis von erzeugter Heizungs­wärme zur eingesetzten Antriebs­energie.

In seinem ServiceLab Heat Pumps and Chillers entwickelt und verbessert das Institut in Zusammen­arbeit mit der Industrie seit Jahren Wärmepumpen und deren System­einbindung. So arbeitet es auch an der VDI-Richtlinie 4645 zu Planung und Installation von Wärmepumpen mit und engagiert sich bei der Weiter­bildung von Technikern und Handwerkern. Miara ist außerdem Leiter des Forschungs­projekts Annex 50 „Heat Pumps in Multi-Family Buildings for Space Heating and DHW“ im Bereich Heat Pumping Technologies der Internationalen Energieagentur IEA.

Angesichts der wachsenden Bedeutung von Wärmepumpen hat das Institut Laborflächen und Mitarbeiter­zahl in diesem Bereich deutlich erhöht. Im Rahmen mehrerer Projekte untersuchen die Forscher unter anderem Anwendungen von Wärmepumpen in Mehrfamilien­häusern. Ein Fokus dabei ist die anspruchsvolle Warm­wasser­bereitung in diesem Bereich. Anfang 2018 plant das Testlabor zur Vermessung von Wärme­pumpen seine Akkreditierung durch die Deutsche Akkreditierungss­telle (DAkkS) und kann dann damit offizielle Zertifikate für die Leistungs­daten von Wärmepumpen ausstellen.

Heizung und Warmwasser benötigen in Deutschland rund vierzig Prozent der Endenergie. Dieser heute weitgehend fossil gedeckte Bereich ist ideal für Solarthermie und Umwelt­wärme geeignet. Wärmepumpen haben dabei die Aufgabe, Umwelt­energie, zum Beispiel aus Erdreich, Wasser oder Luft, für Heizzwecke nutzbar machen. Dazu benötigen Wärmepumpen Energie wie Strom oder Gas. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mit der Jahres­arbeits­zahl JAZ beschrieben. Bei einer JAZ von drei macht die Wärmepumpe aus einem Teil Antriebs­energie drei Teile Nutzenergie. Für die Gesamtbilanz ist noch die Antriebs­energie wichtig. Für eine Kilowattstunde Strom werden heute im Mittel etwa das 1,8-fache an fossiler Primär­energie eingesetzt. Ist die JAZ einer elektrischen Wärmepumpe höher als dieser Wert, ist sie primär­energiemäßig positiv zu bewerten. (Quelle: Fh.-ISE / pro-physik.de)

Referenz: H.-M. Henning & A. Palzer: Was kostet die Energiewende? Wege zur Transformation des deutschen Energiesystems bis 2050, Fraunhofer-ISE, 05. November 2015

Links: Elektrische und thermische Wärmepumpen, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE • Annex 50 „Heat Pumps in Multi-Family Buildings for Space Heating and DHW“, Internationale Energieagentur IEA

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