Marcel Troxler

Aufgrund der erforderlichen Dekarbonisierung der Wärmeversorgung werden Wärmepumpen für die Warmwassererwärmung immer wichtiger. Die aus hygienischen Gründen relativ hohen Anforderungen an die Temperaturen der Warmwasserbereitung und -verteilung sind jedoch mit heutigen Wärmepumpen-Konzepten oft nicht ohne zusätzlichen Einsatz von Elektroheizstäben zu erfüllen. Die System-Effizienz der Kombination Wärmepumpe und Speicher bleibt im Feld oft deutlich hinter den technischen Möglichkeiten zurück. In diesem Projekt werden verschiedene Konzepte zur Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern verglichen. Dabei stehen Hygieneanforderungen und Effizienz im Fokus. Ziel ist es, neue Ansätze zu entwickeln und zu untersuchen, um in Mehrfamilienhäusern mit Warmwasserzirkulation eine deutlich höhere Effizienz zu erreichen. Dabei sollen ausschließlich natürliche Kältemittel zum Einsatz kommen. Das Projekt wird vom Bundesamt für Energie (BFE) kofinanziert und involviert das Institut für Energiesysteme (IES) an der OST, die Hochschule Luzern (HSLU) sowie verschiedene Industriepartner.

Die Bedeutung des hydraulischen Abgleichs von Heizverteilsystemen für die Energieeffizienz von Gebäuden und den Komfort der Bewohner ist seit langem bekannt. Dennoch zeigt sich, dass es an Fachwissen mangelt und in der Praxis immer noch häufig unzureichende Umsetzungen gibt. Unternehmen haben diese Lücke erkannt und neue Produkte sowie Lösungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts untersuchen wir die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit dieser automatischen hydraulischen Abgleichslösungen und ihren Beitrag zum Komfort und zur Energieeffizienz. Wir installieren die Produkte tatsächlich und testen sie mithilfe eines Hardware-in-the-Loop-Verfahrens. Die Auswirkungen auf ein virtuell detailliert modelliertes Gebäude können in Echtzeit verfolgt und bewertet werden. Die Ergebnisse werden der Fachwelt in Form von Factsheets präsentiert, die einen unabhängigen Vergleich ermöglichen.

In diesem Projekt wird erstmals ein recyclingfähiger Asphaltkollektor für die Regeneration von Erdwärmesonden gebaut, vermessen und optimiert.

Hintergrund dieses Pilot- und Demonstrationsprojektes ist die immer dichtere Nutzung von Erdwärmesonden, die zu einer langfristigen Abkühlung des Untergrundes führt. Vor allem im urbanen Raum weisen Studien darauf hin, dass ein beträchtlicher Regenerationsbedarf besteht. Eine mögliche kostengünstige Wärmequelle für diese Regeneration stellen Asphaltkollektoren dar, welche die Wärme aus der Sonneneinstrahlung auf asphaltierte Plätze nutzen. Erste Pilotprojekte haben gezeigt, dass mit im Asphalt verlegten Kollektorrohren vielversprechende Erträge erzielt werden können. Allerdings war in diesen Fällen die Recyclingfähigkeit des Asphalts nicht mehr gegeben. Aufgrund von Simulationen wird davon ausgegangen, dass auch eine Verlegung der Kollektorrohre in der darunter liegenden Sauberkeitsschicht (Trennlage zwischen Baugrund und Asphaltfläche) für die Anwendung der Erdsondenregenerierung möglich ist, wodurch die Rezyklierbarkeit des Asphalts erhalten wird. Dies soll in diesem P&D-Projekt umgesetzt und untersucht werden.

Die Erfahrungen aus verschiedenen Pilot- und Demonstrationsprojekten sowie die Einschätzung von Experten lassen vermuten, dass Heiz- und Kühlanlagen oft überdimensioniert sind. Da es in der Schweiz jedoch keine systematischen Untersuchungen zu diesem Thema gab, hat das Bundesamt für Energie (BFE) das SPF und das IET - Institut für Energietechnik mit dem Projekt OptiPower beauftragt. Das Team untersuchte insgesamt 341 Heizungsanlagen im Mehrfamilienhausbereich und zehn Verwaltungsgebäude hinsichtlich der tatsächlich benötigten Heiz- und Kühlleistung anhand der Auswertung von Messdaten und der installierten Leistung. Dabei wurde festgestellt, dass im Mehrfamilienhausbereich im Median eine Überdimensionierung von 44 % besteht und bei den Verwaltungsgebäuden die Anlagen um den Faktor 2-3 überdimensioniert sind. Das Projektteam hat weiter untersucht, wie sich diese Überdimensionierung auf die Kosten und die Effizienz der Wärmepumpen auswirkt und im Schlussbericht entsprechende Empfehlungen formuliert.

Im EU Projekt Hybrid-BioVGE wird ein rein thermisch angetriebenes Heiz- und Kühlsystem entwickelt. Die Kältemaschine nutzt das Prinzip der Dampfstrahl-Vakuumpumpe. Als Antriebsenergie wird Wärme aus Solarkollektoren und aus Biomasse verwendet. Das SPF unterstützt dabei die Entwicklung von Kollektoren welche Wärme auf dem Temperaturniveau von 75 – 90 °C liefern, und testet das Heiz- und Kühlsystem mit dem bewährten Concise Cycle Testverfahren. Dieses Verfahren wird dafür eigens für das Testen von Kühlsystemen erweitert.

Dieses Projekt wird unterstützt durch das Forschungsprogramm H2020 der EU – Projektnummer 818012, Akronym Hybrid-BioVGE