Energiewende 25.09.2024, 07:00 Uhr

Lösung vom Fraunhofer ISE: Propan-Wärmepumpen ersetzen Gas- und Ölheizungen

Das Fraunhofer ISE entwickelt effiziente Propan-Wärmepumpen als Wärmelieferant für Mehrfamilienhäuser. In Zusammenarbeit mit 20 Unternehmen wurden erste Umsetzungskonzepte erarbeitet, die auf der Messe Chillventa präsentiert werden. Die Forschung konzentriert sich auf verschiedene Anwendungsfelder und zielt auf hohe Effizienz bei minimaler Kältemittelmenge ab.

Eine Wärmepumpe vor einem Einfamilienhaus.

Einfamilienhäuser können längst mit Wärmepumpen versorgt werden. Das Fraunhofer ISE entwickelt eine Lösung für Mehrfamilienhäuser.

Foto: PantherMedia / rudolfgeiger

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE treibt mit seinem Projekt „LC R290“ die Entwicklung zukunftsweisender Heizlösungen voran. Im Fokus steht dabei der Austausch veralteter Gas- und Ölheizungen in Bestandsgebäuden durch hocheffiziente Propan-Wärmepumpen. In Zusammenarbeit mit 20 Unternehmen aus der Heizungs- und Wohnungswirtschaft hat das Forschungsteam neue Konzepte erarbeitet, die auf der Fachmesse Chillventa in Nürnberg vom 8. bis 10. Oktober der Öffentlichkeit präsentiert werden. Die vorgestellten Lösungsansätze basieren auf ausgewählten Beispielgebäuden, die die Vielfalt des deutschen Immobilienbestands repräsentieren. Diese Objekte dienen als Grundlage, um maßgeschneiderte Propan-Wärmepumpen zu entwickeln, die den unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden.

Die Heizlasten der untersuchten Gebäude variieren erheblich und reichen von 23 bis 93 Kilowatt (kW), was die Notwendigkeit eines breiten Leistungsspektrums zeigt. Eine besondere Herausforderung ist der Umgang mit bestehenden Gasetagenheizungen, insbesondere in kleineren Wohnungen des unteren Preissegments. Dort liegt der Fokus darauf, Lösungen zu erarbeiten, die minimale bauliche Eingriffe erfordern und platzsparend sind.

Wärmepumpen-Innovationen für verschiedene Einsatzszenarien

Im Rahmen des Projekts „LC R290“ konstruiert das Fraunhofer-Team mehrere Demonstrationsmodelle, um den direkten Ersatz fossiler Heizsysteme durch Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern zu erproben. Ein vielversprechender Ansatz ist eine dezentrale Lösung mit hydraulisch erschlossener Wärmequelle, die Geothermie, Solarthermie, Fernwärme, Luftkollektoren oder Niedertemperatur-Wärmenetze nutzt. Ein erster Prototyp wurde bereits im Labor getestet und erreichte mit einer Propan-Füllmenge von lediglich 150 Gramm beeindruckende Ergebnisse.

Dr. Katharina Morawietz, die Leiterin des Projekts, betont die Bedeutung der geringen Kältemittelmenge: „Die Begrenzung auf 150 g Propan ist entscheidend, um das Sicherheitsrisiko beim Einsatz des brennbaren Kältemittels zu minimieren. Dies ermöglicht die Installation der Wärmepumpe in Küchen oder Waschräumen, den typischen Einsatzorten in Wohnungen.“ Der getestete Prototyp erzielte bei einer Quellentemperatur von 0 Grad Celsius (°C) und einer Vorlauftemperatur von 55 °C eine Heizleistung von 6 kW. Seine Jahreseffizienz liegt mit einem SCOP55 (Seasonal Coefficient of Performance) von 3,8 im marktüblichen Bereich für Sole-Wasser-Wärmepumpen.

Lesen Sie mehr zu diesem Thema

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
ECB Gesellschaft zur Optimierung der Nutzung regenerativer Energien mbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur:in (Tiefbau/Fernwärme) (m/w/d) ECB Gesellschaft zur Optimierung der Nutzung regenerativer Energien mbH & Co. KG
Bad Endorf Zum Job 
Tröger & Cie. Aktiengesellschaft-Firmenlogo
Inhouse Application Consultant (m/w/d) Tröger & Cie. Aktiengesellschaft
Dortmund Zum Job 
EGGER Holzwerkstoffe Brilon GmbH & Co. KG-Firmenlogo
OT Specialist / Operational Technology Engineer (w/m/d) EGGER Holzwerkstoffe Brilon GmbH & Co. KG
TenneT-Firmenlogo
Servicetechniker Instandhaltung Umspannwerke (m/w/d) TenneT
Bayreuth Zum Job 
Humanetics Europe GmbH-Firmenlogo
Senior R&D Electronic Engineer (m/w/d) Humanetics Europe GmbH
Rheinmünster Zum Job 
Humanetics Europe GmbH-Firmenlogo
R&D Software Engineer SQL & ERP Applications (m/w/d) Humanetics Europe GmbH
Rheinmünster Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung Konstruktiver Ingenieurbau (m/w/d) Hennigsdorf Die Autobahn GmbH des Bundes
Hennigsdorf Zum Job 
ELAC SONAR GmbH-Firmenlogo
Electronical Engineer / Elektroingenieur (m/w/d) ELAC SONAR GmbH
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
Technician, Automation Engineering (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck Zum Job 
eMoSys GmbH-Firmenlogo
Power Electronics Engineer (m/f/d) Ingenieur Leistungselektronik (w/m/d) eMoSys GmbH
Starnberg Zum Job 
DMT-Gesellschaft für Lehre und Bildung mbH-Firmenlogo
W2-Professur (m/w/d) für Angewandte Materialwissenschaften DMT-Gesellschaft für Lehre und Bildung mbH
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
Planungs- / Projektingenieur Nachrichtentechnik - Abnahme und Inbetriebnahme (w/m/d) Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
DELTA Gruppe-Firmenlogo
Fachplaner / Projektleiter Versorgungstechnik (m/w/d) DELTA Gruppe
Regensburg, Geisenhausen, Landshut Zum Job 
Hochschule für angewandte Wissenschaften München-Firmenlogo
Professur für Thermo-Fluid-Mechanik und naturwissenschaftliche Grundlagen (W2) Hochschule für angewandte Wissenschaften München
München Zum Job 
BG ETEM-Firmenlogo
Ingenieur/-in (m/w/d) für den Außendienst als Aufsichtsperson BG ETEM
Region Minden Zum Job 
BG ETEM-Firmenlogo
Ingenieur/-in (m/w/d) für den Außendienst als Aufsichtsperson I BG ETEM
Region Norden/Westen Berlin Zum Job 
Hitachi Energy Germany AG-Firmenlogo
Project HSE Specialist (w/m/d) Hitachi Energy Germany AG
Mannheim Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur / Wirtschaftsingenieur (m/w/d) Straßenbau, Schwerpunkt Bauabrechnung Die Autobahn GmbH des Bundes
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Elektronik (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Rieter Components Germany GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Rieter Components Germany GmbH
Hammelburg Zum Job 

Heizen mit Wärmepumpen: Zentrale Lösungen für Mehrfamilienhäuser

Ein weiterer Ansatz des Forschungsprojekts fokussiert sich auf zentrale Heizungsanlagen für Mehrfamilienhäuser, die im Keller installiert werden. Auch dabei wird eine hydraulisch erschlossene Wärmequelle geplant, die verschiedene erneuerbare Energiequellen nutzen kann. Ein erster Prototyp dieser zentralen Lösung wurde bereits erfolgreich getestet und lieferte vielversprechende Ergebnisse. Mit einer Heizleistung von 29,5 kW bei einer Quellentemperatur von 0 °C und einer Vorlauftemperatur von 55 °C erreichte das System eine Jahreseffizienz von SCOP55 = 3,65. Dabei wurde eine moderate Propan-Füllmenge von 830 g verwendet.

Computergestützte Berechnungen zur Optimierung deuten darauf hin, dass die Kältemittelmenge auf 800 g reduziert und gleichzeitig die Effizienz durch verbesserte Regelungstechnik auf einen SCOP55 von 3,7 gesteigert werden könnte. Die Umsetzung dieser Verbesserungen steht als nächster Punkt auf der Agenda des Forschungsteams. Parallel dazu wird an einer dritten Variante gearbeitet: einer zentral außen aufgestellten Wärmepumpe für Mehrfamilienhäuser. Ein Prototyp dieser Lösung befindet sich derzeit in der Testphase, wobei erste Ergebnisse noch vor Jahresende erwartet werden.

Wärmepumpen-Forschung: Sicherheit und Effizienz im Fokus

Die kommenden Projektphasen versprechen wichtige Fortschritte in einem weiteren kritischen Forschungsbereich. Dr. Katharina Morawietz erläutert: „Auf unserem Außentestfeld führen wir aktuell Messungen zum Ausströmverhalten von Propan durch. Diese Untersuchungen liefern wertvolle Erkenntnisse zur weiteren Verbesserung der Sicherheit von Propan-Wärmepumpen.“ Ein Ziel ist es, die benötigte Propanmenge auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, wobei auf Ergebnisse des Vorgängerprojekts „LC150“ zurückgegriffen wird.

In der Abschlussphase stehen umfangreiche Systemmessungen unter realitätsnahen Bedingungen an. Diese sollen die Geräteeffizienz unter Normbedingungen bestimmen und einen umfassenden Funktionsnachweis der Prototypen erbringen. Dafür kommt das innovative Hardware-in-the-Loop-Verfahren zum Einsatz. Bei dieser Methode wird die reale Wärmepumpe mit einer virtuellen Simulation des Gebäudes, der Nutzer und des Warmwasserspeichers gekoppelt. Dieses Vorgehen ermöglicht präzise Aussagen über das Systemverhalten im Jahresverlauf und eine gründliche Bewertung der Funktionsmuster.

Auf der Chillventa 2024 präsentiert das Fraunhofer ISE neben dem erwähnten Wärmepumpen-Demonstrator auch digitale Lösungen zur vereinfachten Installation von Wärmepumpen für das Handwerk. Zusätzlich werden die neuesten Forschungs- und Entwicklungsergebnisse zu effizienten Großwärmepumpen für industrielle Anwendungen vorgestellt. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt „LC R290“ läuft noch bis Ende Juni 2025 und verspricht, die Heizungstechnik in Mehrfamilienhäusern nachhaltig zu verändern.

Ein Beitrag von:

  • Julia Klinkusch

    Julia Klinkusch ist seit 2008 selbstständige Journalistin und hat sich auf Wissenschafts- und Gesundheitsthemen spezialisiert. Seit 2010 gehört sie zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themen: Klima, KI, Technik, Umwelt, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.