Fraunhofer-Forscher arbeiten an einer innovativen Wärmepumpe, die Gas- und Ölheizungen in Bestands-Mehrfamilienhäusern ersetzen soll. Im Projekt „LC R290“ sollen laut einer Mitteilung einfach anwendbare und reproduzierbare Lösungen erarbeitet werden. Dabei setzt das Fraunhofer ISE auf das Kältemittel Propan (R290).

Die Wissenschaftler arbeiten mit Beispielgebäuden, die das Forschungsteam aus dem Portfolio der beteiligten Wohnungsbaugesellschaften ausgewählt hat und die die Verschiedenartigkeit des deutschen Gebäudebestands abbilden. Diese Beispielgebäude dienen als Vorlage für die Entwicklung verschiedener Propan-Wärmepumpen in Bestands-Mehrfamilienhäusern. Die Heizlast der Gebäude (Auslegungsheizlast) variiert zwischen 23 und 93 kW, erfordert also eine große Bandbreite an Wärmepumpen, auch im hohen Leistungsbereich. Eine besondere Herausforderung liegt im Umgang mit den bestehenden Gasetagenheizungen. Überwiegend kleine Wohnungen im niedrigen Mietpreissegment machen hier die Entwicklung von Lösungen notwendig, die mit einem möglichst geringem Umbauaufwand und wenig Platzbedarf auskommen. Im Projekt werden verschiedene Modernisierungsvarianten für die Beispielgebäude gegenübergestellt und die Vor- und Nachteile hinsichtlich der Anlageneffizienz, der propanbedingten Sicherheitsaspekte und des Umbauaufwands abgewogen.

Im Rahmen des Projekts „LC R290“ baut das Team des Fraunhofer ISE mehrere Demonstratoren, um den direkten Austausch von fossilen Heizungsgeräten in Mehrfamilienhäusern durch Wärmepumpen zu erproben. Ein konzeptioneller Ansatz dafür ist eine dezentrale Lösung mit hydraulisch erschlossener Wärmequelle (Geo-/Solarthermie, Fernwärme, Luftkollektor oder Niedertemperatur-Wärmenetz). Hierfür wurde bereits ein erster Demonstrator gebaut und im Labor vermessen. Dabei wurde eine Füllmenge von 150 g Propan (R290) verwendet. „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 Projektleiterin Katharina Morawietz.

Der vermessene Demonstrator erzielte bei einer Quellentemperatur von 0 °C und einer Senken-Temperatur von 55 °C eine Heizleistung von 6 kW und zeigt über das Jahr gesehen eine bei Sole-Wasserwärmepumpen marktübliche Effizienz von SCOP55 = 3,8 (Seasonal Coefficient of Performance). Der SCOP dient der Ermittlung der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe innerhalb verschiedener Betriebszustände, die nach Klimazonen gewichtet sind.

Ein weiterer Lösungsansatz im Forschungsprojekt ist eine zentrale, im Keller aufgestellte Heizungsanlage für Mehrfamiliengebäude. Hierfür wird auch eine hydraulisch erschlossene Wärmequelle (Geo-/Solarthermie, Fernwärme, Luftkollektor oder Niedertemperatur-Wärmenetz) geplant. Für die zentral innen aufgestellte Lösung wurde ebenfalls bereits ein erster Demonstrator gebaut und vermessen. Der Demonstrator hat eine Heizleistung von 29,5 kW erzielt, bei einer Quellentemperatur von 0 °C und einer Senkentemperatur von 55 °C.

Über das Jahr gesehen wurde eine Effizienz von SCOP55 = 3,65 ermittelt, mit einer moderaten Füllmenge von 830 g Propan. Softwaregestützte Optimierungsrechnungen legen nahe, dass die Füllmenge auf 800 g Propan reduziert und der SCOP55 auf 3,7 durch Regelungstechnik gesteigert werden könnte. Dieses Ziel zu erreichen, sei der nächste Schritt im Forschungsprojekt, so die Forscher.

Dem dritten konzeptionellen Ansatz liegt eine zentral außen aufgestellte Wärmepumpe als Heizungslösung für Mehrfamilienhäuser zugrunde. Der erste Prototyp einer solchen Lösung befindet sich gerade in der Vermessung. Erste Ergebnisse werden bis Ende dieses Jahres erwartet. (amo)