HTWP – Bosch

Entwicklung von Wärmepumpenlösungen für Mehrfamiliengebäude

Förderkennzeichen: 03ET1377 A/B/C

Laufzeit: 01.01.2016 bis 30.11.2021

Projektpartner: Fraunhofer ISE, Bosch Thermotechnik, Robert Bosch GmbH

 

Ziele

Entwicklung von zwei Wärmepumpenlösungen für den Mehrfamilienhausbestand:

  • Ein bivalentes System, bestehend aus Elektrowärmepumpe und fossilem Erzeuger, zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung mit optimierter Betriebsführung für unterschiedliche Optimierungsziele (Primärenergie, CO2-Emissionen, Investitionskosten, …)
  • Eine elektrische Wärmepumpe mit füllmengenreduziertem Kältekreis auf Basis eines natürlichen Kältemittels

 

Technologie

Bivalentes System

Für den Einsatz von Wärmepumpen in bestehenden Mehrfamilienhäusern (MFH) stellen die erforderlichen hohen Vorlauftemperaturen – insbesondere zur Einhaltung der Hygienevorschriften bei der Trinkwarmwasserbereitung – als auch die begrenzte Verfügbarkeit von geeigneten Umgebungs-wärmequellen beträchtliche Herausforderungen dar.

Eine vielversprechende Lösung für den Sanierungsfall besteht im Einsatz sogenannter bivalenter (hybrider) Systeme, in denen eine elektrisch angetriebene Wärmepumpe und ein fossil betriebener Wärmeerzeuger durch eine übergeordnete Regelung abgestimmt betrieben werden.

Durch diese Lösung muss die Wärmepumpe (inkl. Quelle) nicht auf die Maximalleistung dimensioniert werden und die Wärmeerzeuger können optimiert (beispielsweise in Bezug auf Betriebskosten oder auch Primärenergieeinsatz) betrieben werden.

 

Bivalenztemperaturen und Anteile der Wärmeerzeuger Gaskessel und Wärmepumpe an der Deckung der Heizlast unter Variation der Anwendung (sanierter bzw. unsanierter Bestand) sowie der Optimierungsziele (Primärenergieverbrauch, CO2-Emissionen und Verbrauchskosten); Ergebnisse vereinfachter, statischer Berechnungen.

Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel

Zur Erfüllung der mit der F-Gase-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014) anvisierten Reduktion der Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) wird parallel in einem zweiten Vorhabensteil eine für Bestands-MFH geeignete Wärmepumpe auf Basis natürlicher, brennbarer Kältemittel entwickelt. Um dessen Gefährdungspotenzial zu minimieren, wird der Kältekreis u.a. mittels neuartiger Verdampferkonzepte auf eine minimale Füllmenge konzipiert. Daneben wird ein entsprechendes Sicherheitskonzept erarbeitet. Um den hohen Anforderungen an die Schallemissionen im dicht bebauten städtischen Raum zu genügen, fließen in die gesamte Entwicklung aktuelle Erkenntnissen der Psychoakustik ein.

Teststand zur Vermessung von kältemittelbeaufschlagten Wärmeübertragern (Verdampfer und Kondensatoren) am Fraunhofer ISE

 Arbeitsplan

Bivalente (Hybride) Wärmepumpenheizungsanlagen im Bereich der Mehrfamilienhaus-Sanierung

  • Grundlagen und Stand der Technik
  • Simulationsbasierte Bewertung unterschiedlicher Dimensionierungs- und Betriebsstrategien für unterschiedliche Systemkonzepte
  • Reglerentwicklung und Implementierung
  • Demonstrationsvorhaben

Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel für den Einsatz in Mehrfamilienhäusern

  • Entwicklung kältemittelreduzierter Verdampfer und Optimierung der Vereisungs- und Abtaustrategie
  • Auslegung des Kältekreises
  • Technischer Nachweis
  • Simulationsbasierte Bewertung der Geräteperformance im Anwendungskontex

Ansprechpartner

 

Björn Nienborg, Projektleiter   
Bereich Thermische Systeme und Gebäude
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Heidenhofstraße 2, 79110 Freiburg
Telefon +49 761 4588-5883
bjoern.nienborg@ise.fraunhofer.de

Dr. Bernd Bierling
Bosch Thermotechnik GmbH
Postfach 13 09, 73243 Wernau
Tel.: +49 7153 306-1673
Bernd.Bierling@de.bosch.com

Dr. Christian Glueck
Bosch Thermotechnik GmbH
Postfach 11 61, 35453 Lollar
Tel.: +49 6441 418-2340
Christian.Glueck2@de.bosch.com

Dr. Fabian Schmid
Robert Bosch GmbH
Renningen, 70465 Stuttgart
Tel.: +49 711 811-24215
Fabian.Schmid4@de.bosch.com

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