Wärmepumpen können in Bestands-Mehrfamilienhäusern alte Gas- und Ölheizungen ersetzen, wenn das Gesamtsystem auf das jeweilige Gebäude abgestimmt wird. Zu diesem Ergebnis kommt das Forschungsprojekt „Lc R290“, in dem das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme Ise mit einem Konsortium aus zwanzig Unternehmen der Heizungsbranche und Wohnungswirtschaft Lösungskonzepte für den Heizungstausch erarbeitet hat. Im Mittelpunkt stand das Kältemittel Propan (R290).
Keine Einheitslösung für den Heizungstausch
Im Projekt wurden zunächst Beispielgebäude aus dem Portfolio beteiligter Wohnungsbaugesellschaften untersucht. Die Heizlasten lagen laut Fraunhofer Ise zwischen 23 und 93 kW. Damit ergab sich eine große Bandbreite an erforderlichen Wärmepumpenleistungen. Unterschiede bestanden auch bei der vorhandenen Wärmeversorgung: Einige Gebäude werden wohnungsweise über Gasetagenheizungen versorgt, andere verfügen über zentrale Heizsysteme.
Auch die möglichen Wärmequellen unterschieden sich je nach Bebauungsstruktur. Während bei Zeilenbebauung laut Projektteam häufig Platz für Luftwärmepumpen zwischen den Gebäuden vorhanden ist, können in anderen Fällen alternative Wärmequellen erforderlich sein.
Das Projektteam untersuchte daher mehrere Modernisierungsvarianten, darunter wohnungsweise Lösungen sowie zentrale Wärmepumpen für Innen- und Außenaufstellung. Besonders betrachtet wurden Ansätze mit geringem Umbauaufwand und platzsparender Umsetzung. Relevante Planungsfaktoren sind nach Angaben des Fraunhofer Ise unter anderem Gebäudegröße, Platzverhältnisse, bestehendes Heizsystem, Warmwasserbedarf, Schallschutz und Sicherheitsanforderungen.
„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 Gebäude mit bestehender Zentralheizung entwickelte das Forschungsteam einen Demonstrator für den Austausch zentraler Heizsysteme im Außenbereich. Dabei wurde laut Fraunhofer Ise die Füllmenge des Kältemittels Propan gegenüber vergleichbaren Wärmepumpengeräten um 20 Prozent gesenkt und die Effizienz um 15 Prozent gesteigert.
Zusätzlich wurde ein kompaktes Baumuster einer innen aufgestellten Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Propan und 28 kW Heizleistung bei B0/W55 erarbeitet. Ein Schwerpunkt lag auf der Reduktion der Kältemittelfüllmenge, um die Anforderungen an das Sicherheitskonzept zu begrenzen.
Für Fälle, in denen Wohnungen unabhängig voneinander modernisiert werden sollen, untersuchte das Projektteam auch dezentrale Lösungen. Für eine wohnungsweise Wärmepumpe mit hydraulisch erschlossener Wärmequelle, etwa Geothermie, Grundwasser oder Niedertemperatur-Wärmenetz, wurde ein Demonstrator mit 4,9 kW Heizleistung bei B0/W55 aufgebaut und im Labor vermessen. Die Propanfüllmenge lag dabei bei 150 g.
„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.
Sicherheitskonzepte für Innenaufstellung untersucht
Propan weist ein niedriges Treibhauspotenzial auf, ist jedoch brennbar. Daher wurden im Projekt Sicherheitsfragen für alle betrachteten Lösungsvarianten analysiert. Bei Innenaufstellung der Wärmepumpen untersuchte das Team mögliche Leckagefälle experimentell. Laut Fraunhofer Ise wurden mehr als 100 Ausströmversuche mit fünf unterschiedlichen Sicherheitskonzepten durchgeführt.
Die Messergebnisse bestätigten nach Angaben des Instituts das in den Sicherheitsnormen EN 378 und IEC 60335-2-40 beschriebene Sicherheitskonzept des belüfteten Gehäuses. Zusätzlich untersuchte das Projektteam ein Schornstein- und ein Drainagekonzept. Diese Ansätze sollen in weiteren Forschungsarbeiten weiterentwickelt werden. Die im Projekt gewonnenen Messdaten können beteiligte Hersteller zur Verfeinerung ihrer Sicherheitskonzepte nutzen.
Überführung in weitere Forschungsarbeiten
Die im Projekt erarbeiteten Lösungsansätze sollen in das neue Projekt „Mammut“ einfließen. Ziel ist laut Fraunhofer Ise die Entwicklung eines Software-Tools zur Entscheidungsfindung und Auslegung von Wärmepumpensystemen im Mehrfamilienhaus, einschließlich direkt angebundener Angebotserstellung, insbesondere für Sanitär-, Heizungs- und Klimabetriebe.
Darüber hinaus strebt das Fraunhofer Ise an, den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern mit detailliertem Monitoring zu begleiten, um die Qualitätssicherung in der Praxis zu unterstützen. Das Projekt „Lc R290“ wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Weitere Informationen finden Sie unter: www.ise.fraunhofer.de
Quelle: Fraunhofer ISE