Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat im Projekt „LC R290" gemeinsam mit einem Konsortium aus zwanzig Unternehmen der Heizungsbranche und Wohnungswirtschaft Lösungskonzepte für den Heizungstausch in Mehrfamilienhäusern erarbeitet. Im Mittelpunkt stand das Kältemittel Propan (R290), das ein sehr niedriges Treibhauspotenzial aufweist, aber brennbar ist. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.
Wärmequellen unterschieden sich
Die untersuchten Beispielgebäude aus dem Portfolio der beteiligten Wohnungsbaugesellschaften wiesen Heizlasten zwischen 23 und 93 Kilowatt auf. Manche Gebäude verfügten über Gasetagenheizungen, andere über eine Zentralheizung. Auch die verfügbaren Wärmequellen unterschieden sich stark. Das Ergebnis: Eine Einheitslösung gibt es nicht. Die Konzepte müssen auf Gebäudegröße, Platzverhältnisse, Heizsystem, Warmwasserbedarf, Schallschutz und Sicherheitsanforderungen abgestimmt werden.
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„Aufgrund der verschiedenen Herausforderungen, etwa die Frage nach einer geeigneten Wärmequelle oder dem begrenzten Platzangebot, gibt es nicht die eine technologische Lösung, vielmehr haben wir mehrere Lösungen entwickelt, die zur Anwendung kommen können", sagt Projektkoordinator Björn Nienborg vom Fraunhofer ISE. „Wichtig ist dabei eine auf das Gebäude abgestimmte Systemplanung von Wärmepumpe, Speicher, Hydraulik, Regelung und Wärmeverteilung."
Demonstratoren für zentrale und dezentrale Lösungen
Für den Austausch zentraler Heizsysteme im Außenbereich entwickelte das Forschungsteam einen Demonstrator, bei dem die Füllmenge von Propan gegenüber vergleichbaren Geräten um 20 Prozent gesenkt und gleichzeitig die Effizienz um 15 Prozent gesteigert wurde. Daneben entstand ein kompakter Demonstrator einer innenaufgestellten Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Propan und 28 Kilowatt Heizleistung (B0/W55).
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Für dezentrale Lösungen – etwa wenn Wohnungen mit Gasetagenheizungen unabhängig voneinander modernisiert werden sollen – baute das Team einen weiteren Demonstrator mit 4,9 Kilowatt Heizleistung (B0/W55) und einer Propan-Füllmenge von lediglich 150 Gramm. „Die geringe Füllmenge von 150 g ist ein wichtiger Wert, um das Gefahrenpotenzial beim Einsatz des brennbaren Kältemittels Propan zu minimieren und so den Einsatz der Wärmepumpe in Küchen bzw. Waschräumen, den typischen Einsatzorten, zu ermöglichen", erklärt Timo Methler, Teamleiter Gebäude-Wärmepumpen beim Fraunhofer ISE.
Mehr als 100 Sicherheitstests mit Propan
Da Propan brennbar ist, untersuchte das Projektteam Sicherheitsfragen bei allen Lösungsvarianten. In Ausströmversuchen stellte es mögliche Leckagefälle experimentell nach und führte mehr als 100 Tests mit fünf unterschiedlichen Sicherheitskonzepten durch. Die Messergebnisse bestätigten das in den Sicherheitsnormen beschriebene Konzept des „belüfteten Gehäuses" (EN 378, IEC 60335-2-40). Zwei weitere Konzepte – „Schornstein-" und „Drainagekonzept" – sollen nach Institutsangaben in folgenden Forschungsarbeiten weiterentwickelt werden.
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Die Ergebnisse aus „LC R290" fließen nach Angaben des Fraunhofer ISE in das Folgeprojekt Mammut ein. Ziel ist die Entwicklung eines Software-Tools zur Entscheidungsfindung und Auslegung von Wärmepumpensystemen im Mehrfamilienhaus – inklusive direkter Angebotserstellung, insbesondere für Sanitär-, Heizungs- und Klimabetriebe. Der Abschlussbericht des Projekts steht auf der Website des Fraunhofer ISE zum Download bereit. (nhp)
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