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Wärmepumpen helfen, CO2 aus Siedlungsgebieten zu reduzieren

Ein mit EU-Mitteln finanziertes Projekt hat ein Heizungssystem für den Einsatz in städtischen Gebieten entwickelt, das mit zukünftigen intelligenten Energieinfrastrukturen zusammenwirken kann. Damit soll dem Bausektor geholfen werden, seinen Energieverbrauch zu senken und die Kohlendioxidemissionen (CO2) zu reduzieren.

Energie

Angesichts des begrenzten Raums in den Städten müssen Wärmepumpen in vorhandene Gebäude integriert werden und mit bereits bestehenden Heizungsanlagen kompatibel sein. Darüber hinaus müssen die Installations- und Betriebskosten niedrig genug sein, damit sich eine Umstellung auf Wärmepumpen in städtischen Gebieten finanziell lohnt. Das GREENHP-Projekt (Next generation heat pump for retrofitting buildings) will diese Herausforderungen durch den Entwurf einer Wärmepumpe der nächsten Generation bewältigen, mit der Gebäude nachgerüstet werden können. Das GREENHP-System wird in Mehrfamilienhäuser oder Geschäftsgebäude mit einer Fläche von rund 600 Quadratmetern installiert. Es basiert auf einer Luft/Wasser-Wärmepumpe mit variabler Förderleistung und kann bis zu 30 kW Wärme die Raumheizung und Warmwasser liefern. Das Projektteam analysiert auch die Frage, wie sich die neue Wärmepumpe mit großen Energiesystemen wie etwa intelligenten Stromnetzen verzahnen lässt. Alle wesentlichen Hardwareteile wurden jetzt mehr oder weniger fertiggestellt und getestet. Dazu gehören Kompressor, Kondensierer, Verdunster und Ventilator. Das Projekt hat den Kompressor entwickelt, um dem speziellen Kühlzyklus der Wärmepumpe gerecht zu werden. Mithilfe von EVI (Enhanced Vapour Injections) ist es möglich, den gesamten Arbeitsbereich einer Luft/Wasserwärmepumpe abzudecken. Der Kompressor wurde entworfen, um Prozesse für das Erhitzen von Heiz- als Brauchwasser so effizient wie möglich handhaben zu können. Eine zentrale Innovation war die Wahl von Propan R290 als Kühlmittel für die Wärmepumpe. Das Forschungsteam konnte die Gesamtmenge an benötigtem Kühlmittel für die Wärmepumpe durch Verwendung von R290 zusammen mit MPE-Schläuchen erheblich senken. Aufgrund der hohen volumetrischen Kühlkapazität von Propan ist es möglich, kleinere Bauteile zu verwenden, die die Größe des endgültigen Systems reduzieren werden. Doch der Hauptgrund, weshalb Propan vorgezogen wird, ist, dass es im Vergleich zu synthetischen Alternativen ein sehr niedriges Klimaerwärmungspotenzial besitzt, was für die Senkung von Emissionen ausschlaggebend ist. Für den Verdunster wurde ein neuer Ventilator entworfen, nachdem etwa 100 verschiedene Blattgeometrien berücksichtigt wurden. Bei dem ausgewählten Konzept sind die Ventilatorblätter leicht nach vorne ausgestellt, wodurch unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen die höchste Energieeffizienz zu erzielen ist. Ventilator und Verdunster wurden strengen Prüfungen unterzogen, um ihre Fähigkeit hinsichtlich ihres Umgangs mit Vereisungsproblemen zu bewerten. Eine Düse hinter dem Ventilator reduziert die Lärmemissionen. Damit das System eine gleichmäßige, effiziente Verteilung des Kühlmittels bieten kann, wurde ein bionischer Verteiler gebaut. Zwischenzeitlich sind die Arbeiten an der Entwicklung eines Energiemanagementreglers vorangeschritten, der mit der Wärmepumpe zusammenarbeiten kann. Die Prüfungen des Reglers befinden sich in der letzten Phase, und seine Hardwareumhüllung wurde gebaut. Forscher haben Algorithmen angewendet, um einige erste Bewertungen durchzuführen, wie der Regler mit der Wärmepumpe zusammenarbeitet. „Der nächste Schritt ist, die Hardware zusammenzubringen, um den GREENHP-Prototyp zu montieren. Die Prüfungen, die Anfang 2016 beginnen sollen, sollen etwa zwei Monate bis zu ihrem Abschluss dauern“, sagte Projektkoordinator Andreas Zottl. „Danach folgen weitere Tests, bei denen die Wärmepumpe mit dem neu entwickelten Steuersystem verbunden ist. Wir müssen bewerten, wie der Regler mit der Wärmepumpe zusammenarbeitet, aber auch, wie das gesamte System mit dem Betrieb von intelligenten Stromnetzen interagiert.“

Schlüsselbegriffe

Heizsystem, Wärmesystem, intelligentes Stromnetz, Wärmepumpe, GREENHP, Energieeffizienz, Sanierung, Nachrüsten, Gebäude

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