Fraunhofer entwickelt Wärmepumpenkonzepte für den Bestand

Ob eine Wärmepumpe eine alte Öl- oder Gasheizung ersetzen kann, hängt bei Mehrfamilienhäusern stark vom Gebäude ab. Das zeigt der Abschlussbericht des Projektes „LC R290“. Darin entwickelte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit 20 Unternehmen aus der Heizungsbranche und der Wohnungswirtschaft mehrere Lösungen. „LC“ steht für „Low Charge“, also eine geringe Kältemittelfüllmenge. Als Kältemittel setzten die Projektpartner Propan ein, das in der Kältetechnik als „R290“ bezeichnet wird. 

Zunächst untersuchte das Team Bestandsgebäude der beteiligten Wohnungsunternehmen. Die Heizlasten lagen zwischen 23 und 93 kW. Einige Häuser versorgen die Wohnungen über Gasetagenheizungen, andere über eine Zentralheizung. Auch Platzangebot, Warmwasserbedarf und Wärmequellen unterschieden sich.

Bei länglichen, meist parallel angeordneten Wohngebäuden mit freien Flächen dazwischen lässt sich eine Luftwärmepumpe laut Fraunhofer ISE oft zwischen den Gebäuden aufstellen. In dichter bebauten Quartieren fehlt dafür mitunter der Platz. Dort können etwa Geothermie, Grundwasser oder ein Niedertemperatur-Wärmenetz als Wärmequelle dienen.

Projektkoordinator Björn Nienborg folgert daraus, dass sich keine technische Lösung auf alle Mehrfamilienhäuser übertragen lässt. Planer müssten Wärmepumpe, Speicher, Hydraulik, Regelung und Wärmeverteilung auf das Gebäude abstimmen. Auch Schallschutz und Sicherheit beeinflussen die Auswahl.

Drei Ansätze für den Heizungstausch

Für Gebäude mit zentraler Wärmeversorgung entwickelte das Projektteam eine außen aufgestellte Wärmepumpe. Bei diesem Demonstrator verringerte es die Propanmenge gegenüber vergleichbaren Geräten um 20 Prozent. Zugleich erhöhte es die Effizienz um 15 Prozent.

Als zweite zentrale Lösung entwickelte das Team eine kompakte Sole-Wasser-Wärmepumpe für die Innenaufstellung. Die Anlage erreicht 28 kW Heizleistung. Eine möglichst geringe Propanfüllmenge soll den Aufwand für das Sicherheitskonzept begrenzen.

Einen dritten Ansatz untersuchte das Projekt für Häuser mit Gasetagenheizungen. Sollen die Wohnungen unabhängig voneinander modernisiert werden, können wohnungsweise Wärmepumpen die bisherigen Heizgeräte ersetzen. Dafür benötigen sie eine hydraulisch erschlossene Wärmequelle − etwa Geothermie, Grundwasser oder ein Niedertemperatur-Wärmenetz. Für diesen Fall baute das Team einen Demonstrator mit 4,9 kW Heizleistung und prüfte ihn im Labor. Das Gerät kommt mit 150 Gramm Propan aus. Laut Timo Methler, Teamleiter Gebäude-Wärmepumpen beim Fraunhofer ISE, verringert die geringe Füllmenge das Gefahrenpotenzial. Dadurch könne sich die Wärmepumpe auch für Küchen oder Waschräume eignen.

Sicherheit bei Innenaufstellung geprüft

Alle Varianten verwenden Propan (R290), das ein sehr niedriges Treibhauspotenzial hat, jedoch brennbar ist. Bei Geräten im Gebäude muss das Sicherheitskonzept verhindern, dass sich nach einer Leckage eine kritische Konzentration bildet.

In mehr als 100 Ausströmversuchen prüften die Forschenden fünf Sicherheitskonzepte. Die Versuche zeigten laut Fraunhofer ISE, dass ein belüftetes Gehäuse austretendes Propan wie vorgesehen abführen kann. Zusätzlich prüfte das Team ein Schornstein- und ein Drainagekonzept. Das Institut sieht darin potenziell kostengünstigere Lösungen, will sie aber weiterentwickeln.

Die Ergebnisse sollen in das Projekt „Maßnahmen zur Automatisierung der Mehrfamilienhaus-Modernisierung mit umweltfreundlichen Wärmepumpen-Technologien“ (kurz „MAMMUT“) einfließen. Dort entwickelt das Fraunhofer ISE ein Softwarewerkzeug zur Auswahl und Auslegung von Wärmepumpensystemen für Mehrfamilienhäuser. Es soll Fachbetriebe bei Planung und Angebotserstellung unterstützen. Zudem will das Institut den Anlagenbetrieb künftig genauer überwachen.

Der 161-seitige Abschlussbericht „Entwicklung von Wärmepumpenlösungen mit Propan für den Austausch von Gas- und Ölgeräten“ lässt sich über die Internetseite des Fraunhofer ISE downloaden. (ds)