HTWP – Bosch

Entwicklung von Wärmepumpenlösungen für Mehrfamilienhäuser

Förderkennzeichen: 03ET1377 A/B/C

Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2021

Projektpartner: Fraunhofer ISE, Bosch Thermotechnik, Robert Bosch GmbH

 

Ziele

Entwicklung von zwei Wärmepumpenlösungen für Mehrfamilienhäuser:

  • Ein bivalentes System, bestehend aus einer elektrischen Wärmepumpe und einem fossilen Generator, für Raumheizung und Warmwasserbereitung mit optimiertem Betrieb für unterschiedliche Optimierungsziele (Primärenergie, CO2-Emissionen, Investitionskosten, …)
  • Eine elektrische Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf mit reduzierter Füllung auf Basis eines natürlichen Kältemittels

Technologie

Bivalentes System

Die größten Herausforderungen bei der Installation von Wärmepumpen in bestehenden Mehrfamilienhäusern sind die geforderten hohen Vorlauftemperaturen – insbesondere zur Einhaltung der gesundheitlichen Vorschriften für die Warmwasserbereitung – und die begrenzte Verfügbarkeit von geeigneten Wärmequellen in der Umgebung.

Eine vielversprechende Lösung für die Sanierung besteht in der Installation so genannter bivalenter (hybrider) Systeme, bei denen eine elektrische Wärmepumpe und ein fossiler Wärmeerzeuger durch ein übergeordnetes Regelungssystem parallel betrieben werden.

Bei dieser Lösung muss die Wärmepumpe (inkl. Quelle) nicht auf maximale Leistung dimensioniert werden und die Wärmeerzeuger können effizienter betrieben werden (z.B. in Bezug auf die Betriebskosten oder den Primärenergieverbrauch).

Bivalente Temperaturen und Anteile der Wärmeerzeuger Gaskessel und Wärmepumpe an der Deckung der Wärmelast unter Variation der Nutzung (sanierter oder unsanierter Gebäudebestand) sowie der Optimierungsziele (Primärenergieverbrauch, CO2-Emissionen und Verbrauchskosten); Ergebnisse von vereinfachten, statischen Berechnungen.

Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel

Um die in der F-Gas-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014) vorgesehene Reduktion der Emissionen von fluorierten Treibhausgasen (F-Gase) zu erfüllen, wird in einem zweiten Teil des Projekts parallel eine Wärmepumpe auf Basis natürlicher, brennbarer Kältemittel entwickelt, die für bestehende MFH geeignet ist. Um das Gefährdungspotenzial zu minimieren, wird der Kältekreislauf unter anderem mit neuen Verdampferkonzepten auf eine minimale Füllung ausgelegt. Ein entsprechendes Sicherheitskonzept wird ebenfalls entwickelt. Um den hohen Anforderungen an die Schallemissionen in dicht bebauten Stadtgebieten gerecht zu werden, fließen aktuelle Entwicklungen der Psychoakustik in die gesamte Entwicklung ein.

Prüfstand zur Messung von Kältemittel-Wärmeübertragern (Verdampfer und Verflüssiger) am Fraunhofer ISE

Arbeitsplan

Bivalente (hybride) Wärmepumpen-Heizsysteme im Bereich der Renovierung von Mehrfamilienhäusern

  • Grundlagen und Stand der Technik
  • Simulationsgestützte Bewertung verschiedener Dimensionierungs- und Betriebsstrategien für unterschiedliche Anlagenkonzepte
  • Reglerentwicklung und -implementierung
  • Demonstrationsprojekte

Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel für den Einsatz in Mehrfamilienhäusern

  • Entwicklung von kältemittelreduzierten Verdampfern und Optimierung der Gefrier- und Abtaustrategie
  • Auslegung des Kühlkreislaufs
  • Technische Nachweise
  • Simulationsbasierte Bewertung der Geräteleistung im Anwendungskontext

 

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