IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 39, No. 3/2021

In seinem Vorwort erklärt Jussi Hirvonen, Geschäftsführender Direktor des Finnischen Wärmepumpenverbandes SULPU und finnischer Delegierter des HPT TCP, anhand des Beispiels der skandinavischen Länder, dass es die Rahmenbedingungen, v.a. das Fehlen einer kostengünstigen Gasinfrastruktur, waren, die dazu führten, dass diese Region mit über €20 Mrd. proportional die weltweit höchsten Investitionen in Wärmepumpen aufweist und das bereits etwa 20 % des Heizbedarfs von Gebäuden mit Wärmepumpen gedeckt werden. Er führt aus, dass anfangs die Eigentümer von Einfamilienhäusern, zumeist ohne Subventionen, in Wärmepumpen investierten, weil sich diese für sie finanziell rechneten. Das Einsatzspektrum hat sich danach kontinuierlich auf größere Einheiten wie Mehrfamilien-, Gewerbe- & Dienstleistungsgebäude sowie Fernwärmeanwendungen und Industrieunternehmen erweitert. Als weitere Investoren nennt der Autor Energiedienstleister, die Wärme und Kälte als Dienstleistung anbieten, sowie große Immobilienentwickler und -eigentümer, die ihren Kunden einen attraktiven, kostengünstigeren, emissionsarmen, nachhaltigen Gebäudebestand bieten möchten. „Wärme als Dienstleistung" ist ein Geschäftsmodell das zunehmend für alle Energieversorger an Relevanz gewinnt. Anstatt Verkaufszahlen zu maximieren, müssen sie Geschäftsmodelle entwickeln, die zentrale Versorgung, sowie Energieeinsparung und Nutzung lokaler, gebäudespezifischer Energie ermöglichen.

Kolumne: Green Deal - die Gelegenheit, den Einsatz von Wärmepumpen im Gebäudesektor zu forcieren - die italienische Sicht

Mauricio Pieve, Raniero Trinchieri, ENEA, IPSE Labor für Prozess- und Systemtechnik für die Dekarbonisierung der Energie

Die beiden Autoren führen in ihrem Artikel aus, dass Wärmepumpen als gut etablierte Technologie einen Betrag zu den Zielen des Green Deal im Gebäude-bereich leisten können, der - mit steigendem Anteil an erneuerbaren Strom an der gesamten Stromproduktion - immer relevanten bzw. signifikanter wird. Sie stellen in Folge eines der implementierten italienischen Anreizprogramme, den Super Ecobonus, der in Form eines Steuerabzugs gewährt wird, vor, und erklären dessen stringente Rahmenbedingungen: Verbesserung der Energie-effizienz des renovierten Gebäudes um mindestens zwei Klassen sowie Austausch der Heizanlage. Letzteres hat großes Potenzial, das Marktwachstum von Wärmepumpen in Gebäuden in Italien zu forcieren. Neben den bereits getroffenen Maßnahmen braucht es, so die Autoren, noch weitere Maßnahmen, um die Ziele des Green Deal zu erreichen. Dazu zählen beispielsweise Neugestaltung des Tarifsystems, Ausbildung der Installateure oder Information bzw. Kommunikation zur Erhöhung der Sensibilität der Endanwender:innen.

Veröffentlichung des IEA World Energy Outlook 2021

Die am 13. Oktober veröffentliche Ausgabe des World Energy Outlooks (WEO) 2021, die gleichzeitig als Leitfaden für die COP26 dient, macht klar, was auf dem Spiel steht, welchen Beitrag die bis dato gemachten Zusagen der Regierungen für das Klima und zur Emissionsreduktion leisten, und was darüber hinaus noch getan werden muss, um die globale Erwärmung auf 1,5°C zu begrenzen und die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu vermeiden. Dem Bericht zufolge, entwickelt sich gerade eine neue globale Energiewirtschaft, die elektrifizierter, effizienter, vernetzter und sauberer sein wird, er zeigt aber auch, dass noch ein langer Weg bevorsteht. So weicht der aktuelle Entwicklungspfad weit vom „Net-Zero-Emissions" Szenario (kurz NZE) im Jahr 2050 ab, das von der IEA im Mai 2021 publiziert wurde.

Es werden mehrere Szenarien modelliert und miteinander verglichen. Dazu zählen das „Announced Pledges" Szenario (kurz APS), das die von mehr als 50 Ländern sowie der EU versprochenen Beiträge zur Erreichung der Klimaziele berücksichtigt sowie das „Stated Policy" Szenario (kurz STEPS), das auf Basis der bereits umgesetzten Maßnahmen sowie in Entwicklung befindlichen Initiativen modelliert wurde. Der Analyse zufolge decken die heutigen Zusagen (APS) weniger als 20% der Emissionsreduktion, die bis 2030 erzielt werden muss, um das 1,5 °C Ziel 2050 noch in Reichweite zu halten.

Der Bericht nennt vier Schlüsselmaßnahmen, die dazu beitragen können, die Lücke zwischen den heutigen Zusagen (APS) und einem 1,5 °C-Pfad (NZE) in den nächsten 10 Jahren zu schließen und weitere Emissionssenkungen nach 2030 zu unterstützen:

• Massiver zusätzlicher Schub für saubere Elektrifizierung durch Verdoppelung der Nutzung von PV und Windkraft (im Vergleich zum APS); erhebliche Ausweitung anderer emissionsarmer Erzeugungsarten (inkl. Nutzung von Kernenergie, sofern akzeptabel); massiver Ausbau der Elektrizitätsinfrastruktur und aller Arten der Systemflexibilität einschließlich Wasserkraft, einen raschen Ausstieg aus Kohle und verstärkte Nutzung von Strom für Verkehr und Heizung (z. B. Wärmepumpen).
• Konzentration auf Energieeffizienz inkl. Maßnahmen zur Steigerung der Materialeffizienz und Verhaltensänderungen.
• Breit angelegte Initiative zur Verringerung der Emissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe.
• Ein starker Impuls für saubere Energieinnovationen.

Exekutive Summary und Langversion

Die wichtigsten Verpflichtungen der UK Heat and Buildings Strategie 2021

Die britische Regierung hat im Vorfeld der COP26 eine umfassende Null-Emissions-Strategie für Wärme und Gebäude veröffentlicht. Die vorgesehen Maßnahmen / Politiken sollen bis zum Jahr 2030 bis zu £90 Mrd. an privaten Investitionen auslösen und neue Arbeitsplätze (bis 2025; bis zu 190.000, bis 2030 bis zu 440.000) schaffen.

Die Kernaussagen der Strategie sind:

• Ab 2035 wird kein neuer Gasboiler mehr verkauft.
• Förderung von bis zu £5.000 pro neuem Heizsystem im Rahmen eines 3-jährigen £450 Mio. schweren „Boiler Upgrade" Programmes
• Auflage eines Wärmepumpenprogramms (£60 Mio.) zur Förderung wegweisender Wärmepumpentechnologien und der Installation von 600.000 Wärmepumpen pro Jahr bis 2028
• Zurverfügungstellung kostengünstiger Elektrizität durch Verschiebung öffentlicher Kosten zu Gas
• Weitere Förderprogramme: Dekarbonisierung von Sozialwohnbauten (£1,75 Mrd.) sowie der öffentlichen Gebäude (1,425 Mrd.) um die Emissionen öffentlichen Gebäude bis 2037 um 75% zu reduzieren
• Start eines „Wasserstoff Dorfes", um eine informierte Entscheidung über die Rolle von Wasserstoff im zukünftigen Heizsystem bis 2026 treffen zu können.

Die gesamte Strategie kann unter nachfolgendem Link heruntergeladen werden: Net Zero Strategy

Willkommen zur 14ten IEA Heat Pump Conference, 2023

Die 14. IEA Wärmepumpen Konferenz wird vom 15- - 18. Mai 2023 in Chicago unter dem Titel "Heat Pumps – Resilient and Efficient" stattfinden. Die Konferenz wird vom National Organisation Committee (NOC) unter dem Vorsitz von Brian Fricke organisiert und beginnt am Montag (15. Mai 2023) mit einer Reihe von Workshops zu internationalen Kooperations- Projekten (Annexes) im Rahmen des IEA HPT TCP und verwandten Themen. Nach der Eröffnungssitzung im Hauptplenum am Dienstagmorgen (16. Mai 2023) werden die verbleibenden 2,5 Tage aus technischen Vorträgen Postersitzungen, in parallelen Sessions organisiert, bestehen.

Die behandelten Konferenz-Themen umfassen:

• Klimatisierung von Wohn- & Gewerbegebäude mit Schwerpunkt auf: Raumheizung, Klimatisierung, Null-Emissions-Gebäude, Renovierung, Warmwasserbereitung und Mehrfamilienhäuser
• Anwendungen außerhalb von Wohngebäuden mit Schwerpunkt auf: industrielle Wärmepumpen, Abwärme, Fernwärme, gewerbliche Kühlung, Transportklimatisierung und -kühlung.
• Innovation sowie F&E mit Schwerpunkt auf Aspekten wie: Erdwärmequellen, fortschrittliche Speichersysteme, Arbeitsflüssigkeiten, Sorptionstechnologien, fortschrittliche Dampfkompression, Technologien ohne Dampfkompression, Smart Grids, Anwendungen für kaltes / warmes Klima, fortschrittliche Luftkonditionierungstechnologien, gasbetriebene Wärmepumpen, Kombinationen mit anderen erneuerbaren Technologien.
• Politische Themen und Marktstatus, Trends, Strategien, und zukünftige Möglichkeiten.

Weitere Informationen finden sich auf der Konferenzwebsite www.hcp2023.org und unter https://heatpumpingtechnologies.org/about/the-conference/

COP26 – Die Kriterien für die Verhinderung oder den unverzichtbaren Durchbruch

Im November 2021 trafen sich Regierungschefs aus der ganzen Welt bei der UN-Klimakonferenz (auch COP26 genannt), um ihre ehrgeizigen Klima-versprechen für 2030 zu überdenken und die erkennbare große Emissionslücke zu schließen. Aus dem „Klimaschutz-Tracker", einem Tool das den Fortschritt des Klimaschutzes und die Entwicklung der globalen Erwärmung basierend auf „Politiken & umgesetzten Maßnahmen", „2030 Zielen", „Zusagen & Zielen" sowie eines „optimistischen Szenarios", prognostiziert, lässt sich schließen, dass wir kurz davorstehen, dass 1,5°C Ziel zu überschreiten.

Gemäß dem IEA Net Zero-by-2050 Bericht ist dieses Ziel nur dann zu halten, wenn wir unsere Bemühungen sofort massiv verstärken, und äusserts ambitionierte Wege beschreiten wie z.B. stark in erneuerbare Stromerzeugung v.a. Wind- und Solarenergie investieren; Maßnahmen zum raschen Einsatz der Wärmepumpentechnologien sowohl im Gebäude- als auch im Industriesektor ergreifen, oder strategische Politiken zur Unterstützung des Einsatzes kohlenstoffarmer Technologien einführen.

Mehr Information über den Klimaschutz-Tracker sowie den Stand der einzelnen Länder

Laufende Annex Projekte

• Annex 50 Heat Pumps in multi-family buildings for space heating and DHW. AT, CH, DE, DK, FR, IT, NL
• Annex 51 Acoustic signatures of heat pumps, AT, DE, DK, FR, IT, SE
• Annex 52 Long-term measurements of GSHP performance in commercial, institutional, and multi-family buildings DE, FI, NL, NO, SE, UK, US
• Annex 53 Advanced cooling/refrigeration technologies development. CN, DE, IT, KR, US
• Annex 54 Heat Pump systems with low GWP refrigerants. AT, DE, FR, IT, JP, KR, SE, US
• Annex 55 Comfort and Climate Box. AT, BE, CA, CH, DE, IT, NL, SE, TR UK, US
• Annex 56 Internet of things for heat pumps. AT, CH, DE, DK, FR, NO, SE
• Annex 57 Flexibility by implementation of heat pumps in multi-vector energy systems and thermal networks DK NL
• Annex 58 High-temperature heat pumps AT, CA, DK, DE, FR, NO

Annex 52 Long-term measurements of GSHP performance in commercial, institutional, and multi-family buildings

Annex 52 zielt auf die Schaffung einer Bibliografie mit Langzeitmessungen Erdgekoppelter Wärmepumpensysteme in gewerblichen, institutionellen sowie Mehrfamiliengebäuden. Zudem soll die derzeitige Methodik zur Charakterisierung großer, komplexer Anlagen verfeinert und erweitert sowie Benchmarks zum Vergleich derartiger Anlagen erarbeitet werden. Der im IEE Projekt SEPEMO erarbeitete Leitfaden soll überarbeitet werden, um die Anlagen bestmöglich und umfassend beschreiben zu können.

Die Ergebnisse werden Bauherren, Planern und Technikern helfen, Erdgekoppelte-Systeme zu bewerten, zu vergleichen und zu optimieren. Sie werden auch für Hersteller von Instrumenten und Systemkomponenten sowie Entwickler von Werkzeugen zur Überwachung, Steuerung und Fehlererkennung / Diagnose wichtige Erkenntnisse liefern, die schlussendlich zu Energie- und Kosteneinsparungen führen.

Projektlaufzeit. Jan 2018 – Dez. 2021
Operating Agent: Signhild Gehlin, signhild@geoenergicen@trum.se

Fortschritte

Der Schwerpunkt im letzten Projektjahr lag auf der Finalisierung der Case Studies. Die beiden Leitfäden zur Instrumentierung sowie Messunsicherheit sind weit fortgeschritten; die Sammlung und Systematisierung von KPIs ist am Laufen. Zwei Open Access Journal Papers wurden publiziert. Das von Todorov et al. (2021) befasst sich mit der langfristigen Leistung des Bohrlochspeichersystems der Aalto-Universität in Helsinki, während Abuasbeh et al. (2021) über einen thermischen Aquifer-Energiespeicher für ein Bürogebäude in Stockholm berichten. Zudem wurden vier Konferenzbeiträge auf der Hybridkonferenz HPC2021 in Jeju (Südkorea) vorgestellt und veröffentlicht.

Mehr Informationen

Annex 53 Advanced Cooling / Refrigeration Technologies Development

Annex 53 zielt primär auf längerfristige F&E sowie Informationsaustausch, um die Entwicklung hoch-effizienter Wärmepumpentechnologien mit niedrigem THG Potenzial für Klimatisierungs- und Kühlzwecke voranzutreiben Zu den spezifischen Untersuchungsbereichen gehören u.a.

• Verbesserung des technologischen Reifegrades (TRL) von nicht-konventionellen Kühltechnologien und alternativen Kompression-stechnologien;
• Unabhängige Steuerung der latenten und sensiblen Kühlung und Anpassung der Systeme an unterschiedliche Klimazonen (z. B. heiß-trocken oder heiß-feucht);
• Fortschritte bei auf Dampfkompression-basierten Technologien, sowohl konventionellen als auch nicht-konventionellen

Projektlaufzeit: Jan 2019 – Dez. 2020
Operating Agent: Reinhard Radermacher, raderm@umd.edu; Van Baxter, ORNL, vdb@ornl.gov
Teilnehmende Länder: China, Deutschland, Italien, Südkorea, und USA

Wesentliche Projekt-Highlights

Das chinesische Annex Team der Xi'an Jiaotong Universität entwickelt ein wärmegetriebenes elastokalorisches Kühlsystem. Dafür wurde jüngst ein regenerativer Aktuator entwickelt, der aus 80 bis 110 °C heißem Wasser ein Kühlsystem betreiben kann. Der Aktuator zieht sich bei Erwärmung zusammen und wandelt so thermische in mechanische Energie um, die das superelastische Kühlmaterial antreibt. Die Simulationsergebnisse zeigen einen Wärme-Kälte-Wirkungsgrad von 1,08 bei einer Wärmequellentemperatur von 100°C, wenn man annimmt, dass sich der Aktuator bei Erwärmung um 3% zusammenzieht. Bei Labortests mit dem Prototyp des Aktuators wurde ein Hub von bis zu 4% erreicht. Der Antrieb wird derzeit modifiziert, um die Wärmeübertragung zu verbessern, und um eine höhere Betriebsfrequenz zu erreichen. Diese Technologie hat das Potenzial für den Einsatz in solarbetriebenen Klimaanlagen im Wohnbereich und Off-Grid betriebenen Kälteanlagen.

Weiterführende Informationen

Annex 54 Heat Pump systems with low GWP refrigerants

Annex 54 fördert die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem THG-Potential in Klimaanlagen und Wärmepumpensystemen. Konkret zielt das Projekt auf:

• Erstellung einer umfassenden Übersicht über aktuelle F&E-Fortschritte bei der Optimierung von Komponenten für Kältemittel mit niedrigem THG (erfüllt),
• Fallstudien mit Komponentenoptimierungen, die Konstruktionsrichtlinien und Erfahrungen aus der Praxis liefern können (erfüllt),
• Optimierung von Wärmepumpensystemen für den Einsatz von Kältemitteln mit niedrigem THG (in Arbeit)
• Analyse des Lebenszyklus-Klimapotenzials (LCCP) der aktuellen Anlagenauslegung im Vergleich zur Optimierten mit Kältemitteln mit niedrigem THG (laufend)
• Erstellung eines Ausblicks 2030 für Wärmepumpen mit Kältemitteln mit niedrigem THG (geplant)

Projektlaufzeit: Jan 2019 – Dez. 2023
Operating Agent: Yunho Hwang, University of Maryland, College Park, yhhwang@umd.edu
Teilnehmende Länder: Deutschland, Frankreich, Italien, Österreich, Südkorea, Schweden, USA und Japan

Projektfortschritt

Im Jahr 2021 wurden v.a. wesentliche Fortschritte in Task 2: „Fallstudien und Auslegungsrichtlinien für die Optimierung von Wärmepumpensystemen mit Kältemitteln mit niedrigem THG-Potenzial", sowie Task 3: „Überprüfung der Auswirkungen von Konstruktionsoptimierung und -verbesserung auf die Reduzierung der Lebenszyklus-Klimaleistung (LCCP)" erzielt. Die Ergebnisse sind vor allem hilfreich für Forscher, Ingenieure und politische Entscheidungsträger in der HLK-Branche.

Weiterführende Informationen

Annex 55 Comfort and Climate Box

Annex 55 zielt darauf ab, die Marktentwicklung von sog. Klima- und Komfortbox-Lösungen (CCB) in den teilnehmenden Ländern durch den Austausch von Know-how und Lessons Learned zu beschleunigen. Die technische Herausforderung liegt dabei in der intelligenten Kombination verschiedener Technologien (Wärmepumpe mit integriertem thermischen / elektrischen Speicher) in einem System optimiert für die jeweiligen Klimazonen.

Projektlaufzeit: Jan 2019 – Sep. 2021
Operating Agent: Peter Wagener, wagener@bdho.nl, Paul Friedel, deputy OA, friedel@bdho.nl
Teilnehmende Länder: Belgien, China, Deutschland, Italien, Niederlande, Kanada, Österreich, Schweiz, Schweden, Südkorea, UK, Türkei, und USA

Projektfortschritt

Es gibt nicht die eine „perfekte" Kombination einer CCB. Die Effizienz des Systems hängt von der in den Mittelpunkt der Entwicklung gesetzten Zielsetzungen (z.B. Kompaktheit, Leistbarkeit, etc.) ab.

Es wurden vier „Archetypen" entwickelt, die den politischen Entscheidungs-trägern helfen sollen, geeignete Unterstützungsmechanismen zu entwickeln, um ihre politischen Ziele im lokalen Marktkontext zu erreichen.

1. „Budget CCB": niedrige Investitionskosten, um schnelles Marktwachstum und hohe Absatzsatzzahlen zu erzielen
2. „Flexible CCB": maximale Flexibilität, um optimalen Netzausgleich und Eigenverbrauch erneuerbarer Energie zu ermöglichen
3. „Compact CCB": kompakte Bauweise und einfache Installation, um die Nutzung in dicht verbauten Gebieten mit Platzmangel zu ermöglichen
4. „Top quality CCB": maximale Energieeffizienz als Zielsetzung; lässt sich nur mit höheren Investitionskosten, geringerer Flexibilität und größeren Anlagen umsetzen.

Empfehlungen für politische Entscheidungsträger und andere Interessens-gruppen wurden entwickelt, um den Einsatz der CCB je nach Bedarf der lokalen Marktbedingungen sowie der Klima- und gebäudepolitischen Ziele zu forcieren.

Weiterführende Informationen

Annex 56 Internet of Things for Heat Pumps

Das Annex 56 Projekt zielt darauf ab, Chancen und Herausforderungen von IoT-fähigen Wärmepumpen für den Einsatz im Haushalt, in Gewerbebetrieben und für industrielle Anwendungen zu erheben und den relevanten Zielgruppen, zur Verfügung zu stellen. Es werden die technischen Rahmenbedingungen erhoben, um Wärmepumpen sinnvoll als IoT-Komponente einzusetzen. Es wird erarbeitet, wie Wärmepumpen durch geeignete Daten- und Informationsmodelle dargestellt werden können und welche Protokolle sich für die Anbindung an das IoT eignen. Ausgehend von digitalen Zwillingen von Wärmepumpen werden Methoden zur Datenanalyse auf ihre Eignung hin untersucht. Anwendungen und mögliche Geschäftsmodelle, die auf IoT-fähigen Wärmepumpen basieren, werden analysiert und bewertet. Außerdem werden die Risiken der Vernetzung in Bezug auf Informations- und Datensicherheit und Privatsphäre betrachtet.

Wesentliche Eckdaten: Projektlaufzeit. Jan 2020 – Dez. 2022, Operating Agent:
Veronika Wilk, Veronika.Wilk@ait.ac.at Teilnehmende Länder: Dänemark, Frankreich, Deutschland, Österreich, Schweiz, Schweden, Norwegen

Projektfortschritt

In sog. Deep Dive Sessions wurden verschiedene Aspekte der Modellierung von Wärmepumpen diskutiert. In Bezug auf Building Information Modelling (BIM) wurde der Schluss gezogen, dass Standardisierung von entscheidender Bedeutung für einen effizienten Datenaustausch, Interoperabilität sowie Integration von HLK-Komponenten in BIM ist, aber noch nicht vollständig umgesetzt wurde. Verschiedene Beiträge gaben Einblick in Anwendungen von Greybox-Modellen, wie z. B. erweiterte Systemüberwachung / Fehlererkennung mit modellbasierter Interpretation von Systemwarnungen von Kälteanlagen in Supermärkten, Erkennung von Fehlern in der Einstellung von Heizungswärmepumpen oder in der adaptiven Parameterauswahl zur Online-Kalibrierung eines Wärmepumpenmodells während der Leistungsprüfung. Als zentrales Thema für HLK-Anlagen wurde die Aufgabe identifiziert, Umwelteinflüsse auf das betrachtete System korrekt zu erfassen, um Fehler von beobachteten Veränderungen unterscheiden zu können.

Weiterführende Informationen

Annex 57 Flexibility by Implementation of heat Pumps in multi-vector Energy Systems and Thermal networks

Annex 57 konzentriert sich auf die Implementierung von Wärmepumpen in Fernwärme- und Fernkältesystemen und beschreibt mögliche Lösungen und Hindernisse für Wärmepumpen in diesen Segmenten. Die Schaffung von Flexibilität im Wärme- und Stromnetz ist ein Hauptbestandteil des Annexes. Die Möglichkeiten der Erhöhung des Anteils Erneuerbarer Energieträger und Abwärmepotenziale als auch die Reduktion der CO2 Emissionen durch den Einsatz von Wärmepumpen stehen im Zentrum des Projekts.

Projektlaufzeit: Jan 2021 – Dez. 2023
Operating Agent: Svend Pedersen, svp@teknologisk.dk
Teilnehmende Länder: Dänemark, Deutschland, Niederlande, Österreich, Schweden

Projektfortschritt

Die teilnehmenden Länder konnten ihre Finanzierungen sichern, es fanden diverse Annex Meetings (Kick-off, Task 1) sowie ein Workshop im Rahmen der IEA Heat Pump Conference statt. Fallbeispiele von Wärmepumpen, die zur Flexibilisierung von thermischen und Stromnetzen eingesetzt werden, werden gesucht.

Weiterführende Informationen

Annex 58: High Temperatur Heat Pumps

Das Ziel des Annex 58 Projekts ist es, einen Überblick über die technologischen Möglichkeiten und Anwendungen zu geben sowie Best-Practice-Empfehlungen und Strategien für den Umstieg auf eine wärmepumpenbasierte Prozesswärme-versorgung zu entwickeln. Das Verständnis für das Potenzial der Technologie soll bei Interessengruppen wie Herstellern, potenziellen Endnutzern, Beratern, Energieplanern und politischen Entscheidungsträgern verbessert werden. Darüber hinaus zielt der Annex darauf ab, unterstützendes Material bereitzustellen, um den Übergang zu einer wärmepumpenbasierten Prozess-wärmeversorgung für industrielle Anwendungen zu erleichtern.

Dies soll durch folgende Teilziele erreicht werden:

• Erstellung eines Technologieüberblicks, einschließlich der relevantesten Systeme und Komponenten, die im Handel erhältlich sind bzw. sich Entwicklung befinden (Task 1 – Fortlaufend).
• Identifikation technologischer Engpässe und Klären des Bedarfs an technischen Entwicklungen bezüglich Komponenten, Betriebsmittel und Systemdesign (Task 1 – Laufend).
• Sammlung von Best-Practice-Systemlösungen für eine Reihe von Anwendungen, um das Potenzial von Hochtemperaturwärmepumpen zu unterstreichen (Task 2 – geplant).
• Erarbeitung von Strategien zur Umstellung auf eine wärmepumpenbasierte Prozesswärmebereitstellung (Task 3 – geplant)
• Verbesserung der Informationsbasis über industrielle Wärmepumpen, potenzielle Anwendungen und potenzielle Beiträge zur Dekarbonisierung der Industrie (Tasks 1, 2 & 3 – Fortlaufend).
• Entwicklung von Richtlinien für die Abwicklung industrieller Wärmepumpenprojekte mit Fokus auf die Spezifikation von Wärmepumpen sowie und die Prüfung dieser Spezifikationen (Task 4 – Geplant).
• Verbreitung der Ergebnisse an verschiedene Interessengruppen und Ergänzung der Wissensbasis für Energieplaner und politische Entscheidungsträger (Task 5 – Laufend)

Projektlaufzeit: Jan 2021 – Dez. 2023
Operating Agent: Benjamin Zühlsdorf, bez@dti.dk
Teilnehmende Länder: Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Japan, Kanada, Niederlande, Österreich, Norwegen

Projektfortschritt

Hochtemperaturwärmepumpen (HT-WP) stoßen zunehmend auf Interesse und gelten als Schlüsseltechnologie zur Dekarbonisierung industrieller Prozesswärme. Dem IEA Bericht "Net Zero by 2050 – A Roadmap for the Global Energy Sector" zufolge, sollen Wärmepumpen bis 2030 15% des Prozesswärmebedarfs der Leichtindustrie bei Temperaturen bis 400 °C decken, bis 2050 soll dieser Anteil auf 30% steigen. Dies entspricht einer Installationsleistung von 500 MW pro Monat über die nächsten 30 Jahre. Die meisten dieser Anlagen haben Vorlauftemperaturen über 100 °C und gelten dementsprechend als HT-WP. Als Teil von Task 1 wurden Informationen von 20 Technologieanbieter sowie 8 Demoanwendungen gesammelt und strukturiert in einem 2-Seiter erfasst. Dieser Prozess ist noch am Laufen; es ist geplant, die Ergebnisse in der ersten Hälfte 2022 zu publizieren.

Weiterführende Informationen

Schwerpunktartikel: „Klimasprung" - Wie Investoren große Emissions-reduktionen in bestehenden Immobilienportfolios erreichen

Sarianna Sipola, Portfolio Manager, Varma, Finland
Jonni Ahonen, VP, Sales and Accounts, LeaseGreen, Finland

Die beiden finnischen Autoren gehen im Artikel der Frage nach, wie es Immobilienunternehmen bzw. -investoren gelingen kann ihr Portfolio an Gebäuden auf finanziell attraktive Weise energieeffizient zu gestalten und erklären die von Varma, einem finnischen Pensionsfonds, gewählte Vorgangsweise für ein 60 Wohngebäude und über 4.000 Wohnungen umfassenden Portfolio.

Varma hat sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen seiner direkten Immobilieninvestments durch die Umstellung auf fossilfreie Heizung und Strom bis 2030 bzw. 2025 zu reduzieren und hat daher gemeinsam mit LeaseGreen, einem führenden Anbieter von nachhaltigen Energielösungen in Finnland, eine Roadmap zur Dekarbonisierung seines Gebäudebestandes entwickelt. Diese Roadmap basiert zum einen auf umfassenden energietechnischen Analysen der Gebäude unter Berücksichtigung der speziellen Gegebenheiten / Möglichkeiten jedes einzelnen Objekts. Zum anderen fließen Entwicklungen von Energiemarktpreisen, Kosten für die Umstellung der Energieversorgung sowie Erfahrungen aus der Umsetzung Hunderter Energieprojekten ein.

Konkretes Ziel der Analyse ist es, so berichten die Autoren, die Objekte in aussagekräftige Investitionskörbe zu unterteilen. Die Körbe zeigen, wo welche Energieeffizienzmaß-nahmen sinnvoll sind und wann sie gemacht werden sollten. Gleichzeitig geben sie an, wieviel dafür in die Immobilien investiert werden muss und welche Art von Nutzen zu erwarten ist. Der Fokus liegt auf der Identifikation des profitabelsten Pfades zur Erreichung der unternehmensbezogenen Klimaziele. Der Immobilieneigentümer erhält am Ende ein energieeffizientes Portfolio, das alles umfasst, was zur Wertsteigerung benötigt wird. Die Reduktion der CO2-Emissionen stellt sicher, dass das Portfolio auch in Zukunft für Investoren attraktiv bleibt.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Climate leap – How investors are reaching major emissions cuts in existing property portfolios

Schwerpunktartikel: Wärme als Serviceangebot: Einer der Schlüssel zur Erschließung des Nachrüstungsmarktes für Wärmepumpen in Wohngebäuden

Lindsay Sugden, Delta-EE, the United Kingdom

Frau Sudgen beschreibt in ihrem Artikel die Hauptprobleme in Bezug auf eine stärkere Verbreitung von Wärmepumpen im Bestandswohnbau – das sind v.a. vergleichsweise hohe Anschaffungskosten sowie mangelndes Vertrauen der Endnutzer:innen in die Technologie - und erklärt darauf aufbauend den „Heat as a Service" Markt als Lösungsansatz.

Sie stellt Möglichkeiten der Ausgestaltung von Wärmedienstleistungsverträgen vor und unterscheidet basierend auf den vom Anbieter eingegangenen Risiken vier Arten von Verträgen:

• Asset Leasing (Finanzierungs- und Instandhaltungsvertrag)
• Efficient Asset Leasing (Erweiterung um Leistungsgarantie)
• Wärmevertrag mit Heizleistung als Dienstleistung (Erweiterung um Energiepreisrisiko)
• Wärmevertrag mit Heizergebnis (Komfort) als Dienstleistung (Erweiterung um Verhalten des/der Nutzer:in)

Weiters präsentiert die Autorin diverse Anbieter von Wärmedienstleistungen mit ihren Businessmodellen und stellt fest, dass aktuell und auch in Zukunft vor allem Energieversorgungsunternehmen die Entwicklung dieses Marktsegments vorantreiben werden. Während heute jährlich erst etwa 3.000 Wärmepumpen in Europa auf Basis eines Dienstleistungsvertrages verkauft werden, sollen es im Jahr 2030 bereits 100.000 pro Jahr sein.

Dieses starke Marktwachstum basiert v.a. auf folgender Argumentation:

• Energieversorger suchen verstärkt nach neuen Einnahmemöglichkeiten, um entgangene Einnahmen aus dem Verkauf von Energie wettzumachen
• Wärmedienstleistungsverträge sind sehr attraktiv für Endkund:innen
• Erfahrung zeigt, dass der Ersatz des Heizsystems leichter umzusetzen ist, wenn der Kunde einmal Wärme und nicht Gas oder Strom kauft
• Möglichkeit, derartige Businessmodelle um weitere Einnahmequellen wie z.B. Förderungen, Tarifoptimierungen, etc. zu erweitern

Die Autorin geht abschließend davon aus, dass innovative Businessmodelle in diesem Bereich in den nächsten 10 Jahren von staatlicher Seite forciert werden, um bestehende Marktbarrieren beim Umstieg auf Wärmepumpen zu überwinden und die Dekarbonisierung des Bestandswohnbaus entsprechend voranzutreiben.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Heat as a Service propositions: One of the keys tounlocking the residential retrofit market for heat pumps

Schwerpunktartikel: Heimstaden's ambitionierte Klimaziele: Welche Rolle spielen Wärmepumpen?

Katarina Skalare, Heimstaden, Sweden

Die Autorin stellt im Artikel die kürzlich von Heimstaden, einem führenden europaweiten Immobilienanbieter, entwickelte umfassende Klima-Roadmap vor, die für alle Ländermärkte des Unternehmens eine entsprechende Planung enthält, und für deren Umsetzung Heimstaden in den nächsten Jahren mindestens SEK 5 Millionen ausgeben wird. Sie berichtet weiters, dass Heimstaden als eines der ersten Unternehmen der Branche sich der Initiative Science-Based Targets (SBTi) angeschlossen hat, um sich die gesetzten Ziele wissenschaftlich validieren zu lassen.

Zudem werden im Artikel die - in Ergänzung bestehender Nachhaltigkeitsziele – neu beschlossenen Klimaziele präsentiert. Sie stellen sich wie folgt dar:

• Verringerung der absoluten Scope-1- und -2-THG-Emissionen um mind. 46 % bis 2030.
• Reduktion der zugekauften Energiemenge um durchschnittlich 2% pro Jahr und m² bis 2025.
• Sicherstellung, dass Lieferanten, die 70% der Scope-3-Emissionen abdecken, bis 2025 wissenschaftlich fundierte Ziele festlegen.

Frau Skalare beschreibt ferner den auf fünf Säulen (zertifizierter erneuerbarer Strom, Änderung der Brennstoffe, Verbesserungen bei Energieversorgern und Energieeffizienz, Ermutigung der Mieter zur Senkung des Energieverbrauchs) aufbauenden Klimafahrplan des Unternehmens und führt weiters Details der strategischen Umsetzung in ausgewählten Ländermärkten sowie bisherige Erfahrungen des Unternehmens mit Energieeffizienzmaßnahmen, u.a. Wärmepumpen, an.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Heimstaden's Ambitious Climate Goals: what role do heat pumps play

Schwerpunktartikel: Warum die Erstellung von Risikoprofilen essentiell für die finanzielle Durchführbarkeit großer Dekarbonisierungsprojekte ist

Lars Bierlein, Qvantum Energi, Sweden, Tim Meanock, Tallarna, Sweden

Die beiden schwedischen Autoren beschreiben im Artikel die Eignung von Wärmepumpen in Ultra-Niedertemperatur-Fernwärme- und -Fernkühlsystemen, auch bekannt als 5GDHC, zur Dekarbonisierung dicht besiedelter städtischer Gebiete sowohl im Neu- als auch Bestandswohnbau. Sie führen aus, dass aktuell das für die Umsetzung von Null-Emissions-Gebäuden notwendige Investitionsvolumen für viele Gebäudeeigentümer in der Regel zu hoch ist und dass dort, wo Fremdkapital verfügbar ist, hohe Zinsen allzu oft mit unzureichenden Mitteln verbunden sind. Begründet wird die Situation damit, dass das technische Risiko der Dekarbonisierung außerhalb von Ingenieur-kreisen kaum verstanden, und zwischen den Interessengruppen schlecht kommuniziert, wird. Damit werden Projektkosten nicht angemessen erklärt und eine Finanzierung bleibt außer Reichweite.

In den letzten Jahren wurden mathematische Modelle entwickelt, die technische in finanzielle Risiken „übersetzen". Dadurch werden Projekte über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg nachvollziehbar und die Projektleistung kann durch Drittversicherer garantiert werden. Das Management des Leistungsrisikos und die Ermöglichung garantierter Cashflows sind der Schlüssel, um Gebäudeeigentümer vom Projekterfolg zu überzeugen und Infrastrukturkapital anzuziehen. Aufgrund der schlechten Bilanzen der (öffentlichen) Vermieter werden für Nachrüstungen dringend auch private Finanzmittel benötigt. Allein die Dekarbonisierung des britischen Sozialwohnungsbestands - das sind etwa 18 % aller Häuser - wird über 100 Mrd. £ kosten. Um solche Mittel anzuziehen, muss das mit dem Einsatz der Wärmepumpentechnologie verbundene Risiko quantifiziert, reduziert und gemeinsam mit anderen Energieeffizienz-maßnahmen versichert werden. Mit dieser Methode wurden - gemäß der Autoren - bereits Retrofit-Projekte für tausende Immobilienportfolios durchgeführt, wobei Versicherungen und Finanzierungen grünes Licht gaben.

Der komplette Artikel kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Why risk profiling is key to making large-scale decarbonization financially executable

Marktbericht Dänemark: Strategischer Marktausblick

Svend Vinther Pedersen, Danish Technological Institute, Dänemark

Der Autor berichtet von den klima- und energiepolitischen Zielsetzungen und Aktivitäten Dänemarks und den sich daraus ergebenden Entwicklungen am nationalen Wärmepumpenmarkt.

Dänemark hat sich bereits im Jahr 2012 das Ziel gesetzt, den Energiebedarf bis 2050 zu 100% durch erneuerbare Energieträger zu decken. Strom soll bis 2035 erneuerbar und zu 50% aus Windenergie produziert werden. Etwa zum selben Zeitpunkt wurde eine Reihe weiterer Maßnahmen beschlossen, die sich positiv auf die Verbreitung von Wärmepumpen ausgewirkt hat, wie im Folgenden näher ausgeführt. So hat sich die Zahl der jährlich verkauften Wärmepumpen seit dem Jahr 2016 verdoppelt. Wesentliche Treiber dieser Entwicklung im Neubau waren das Verbot von Gas- und Ölkesseln. Im Bestandsbau haben das Verbot von Ersatz-Ölkesseln sowie verfügbare Förderungen den Umstieg von Öl oder Gas auf Wärmepumpen beschleunigt. Mit 73% werden bevorzugt Luft-Luft-Wärmepumpen eingesetzt. Luft-Wasser-Wärmepumpen stellen 20% der verkauften Wärmepumpen.

Ein weiteres wichtiges Segment für Wärmepumpen ist deren Einsatz in Fernwärmenetze, die mit 54% für mehr als die Hälfte der beheizten Fläche Dänemarks sorgen. Die Fernwärme stammt Großteils aus Biomasse-KWK- (31%), Müllverbrennungsanlagen (22%) sowie Biomassekesseln (15%). In den letzten Jahren wurden – ausgelöst durch diverse energiepolitische Maßnahmen wie z.B. Aufhebung der Verpflichtung für KWK Betreiber auch Strom zu produzieren oder die Einführung von Förderungen für Großwärmepumpen - KWK-Anlagen zuerst verstärkt von Kohle auf Biomasse und in Folge von Biomasse auf Wärmepumpen und anderen Erneuerbaren umgestellt. Diesen politisch motivierten Trend zum Einsatz von Großwärmepumpen gibt es auch in anderen Bereichen. So wurde beispielsweise im Jahr 2020 eine Starthilfe für kollektive Wärmepumpen eingeführt, um deren Nutzung in großen Gebäuden voranzutreiben; zudem gibt es für Energieeffizienzprojekte in Unternehmen wie den Austausch von Heizkesseln durch Wärmepumpen staatliche Zuschüsse. Auch die Nutzung von gewerblichen bzw. industriellen Abwärmepotenzialen wird entsprechend gefördert. Der Autor berichtet abschließend, dass durch die getroffenen Maßnahmen, die Anzahl der installierten Großwärmepumpen massiv gestiegen ist. Allein 2020 wurden 77 Großwärmepumpen mit einer Gesamtkapazität von 353 MW installiert.

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Denmark: Strategic Market Outlook

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HPT Magazine no 3/2021 – Climate Leap – how investors reach major emission cuts in existing property profiles