IEA HPP Annex 32: Ökonomische Heiz- und Kühlsysteme für Niedrigenergiehäuser

Der Heizenergiebedarf für Neubauten im Wohnbereich ist in den letzten Jahren durch technische Innovationen sowie verbesserte Dämmstandards kontinuierlich gesenkt worden, während gleichzeitig - durch zunehmenden Glasanteil in der Architektur und steigende interne Wärmelasten (Geräte) - die Gefahr der Überhitzung im Sommer gestiegen ist.

Damit wird energieeffiziente Gebäudekühlung immer wichtiger. Innovative Multifunktionsgeräte für den kombinierten Heiz-, Kühl-, Warmwasser- und Lüftungsbetrieb mit Wärmepumpen können ein energieeffizientes und umweltfreundliches Haustechniksystem für Niedrigenergie- und Passivhäuser darstellen. Im Rahmen des Forschungsprojekts Annex 32 im Wärmepumpenprogramm (HPP) der Internationalen Energie-Agentur (IEA) sollen multifunktionale Wärmepumpensysteme weiterentwickelt und im Praxistest optimiert werden.

Um ihre Effizienz beurteilen zu können, wurden bestehende Wärmepumpen für Niedrig- und Passhäuser unter realen Bedingungen getestet und die Ergebnisse analysiert.

Die Teilnahme des AIT beschränkte sich auf den Task 3, „Feldtest von integrierten Wärmepumpensystemen“. Die wesentlichen Inhalte dieses Arbeitspaketes waren: Festlegung eines geeigneten Messkonzepts, Funktionsüberprüfung der ausgewählten Anlagen und der Messeinrichtung sowie Zusammenfassung und Vergleich der Ergebnisse für die Verwendung im Task 4. Es wurden insgesamt 11 Wärmepumpensysteme, 9 konventionelle und 2 Kompaktgeräte in 3 Bundesländern (NÖ, OÖ und STMK) analysiert. Die aufgezeichneten Messdaten dieser Anlagen wurden so ausgewertet, dass die Jahresarbeitszahl (JAZ) als Hauptbeurteilungskriterium im Vordergrund stand und damit eine generelle Beurteilung der Effizienz der Wärmepumpensysteme möglich war. Die untersuchten konventionellen Wärmepumpensysteme erreichten JAZ >4 (erdreichgekoppelten Systeme) bzw. >3 (Luftsysteme).

Diese Ergebnisse entsprechen, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Systemgrenzen, den Resultaten der Schweizer FAWA Studie (Bundesamt für Energie: Feldanalyse vom Wärmepumpenanlagen FAWA 1996-2003, Schlussbericht April 2004) sowie der deutschen „Effizienz“ Wärmepumpenstudie (Renewable energy world: Heat pumps in action, page 74-78, September - October 2009).

Eine Analyse der Systemintegration der Wärmepumpensysteme zeigt jedoch einen markanten länderspezifischen Unterschied. Während in Deutschland und der Schweiz die meisten Anlagen mit Heizungspufferspeichern ausgeführt sind, sind die in Österreich vermessenen, erdreichgekoppelten Systeme direkt ohne Heizungspufferspeicher in das Wärmeabgabesystem eingebunden und nutzen damit den Estrich der Fußbodenheizung als Speichermasse.

Damit erübrigen sich Heizungsspeicher und Pufferladepumpe; Speicherverluste entfallen; es wird nur die Heizkreispumpe benötigt. Von den untersuchten österreichischen Systemen sind nur die ausgewählten Luft-Wärmepumpensysteme mit Heizungspufferspeichern ausgestattet.

Eine Analyse der Innen- und Außentemperaturen der konventionellen Anlagen während der Messsaison, sowie die Berechnung der Kühlgradtage, lassen auf keinen Kühlbedarf der Gebäude schließen. Das lässt sich am Besten mit der Architektur, Lage und Ausrichtung der untersuchten Gebäude begründen.

Das Gesamtkonzept der Kompaktgeräte mit Solekollektor im Arbeitsgraben, Vorwärmung der Außenluft über die Wärmepumpe und zusätzliche Regeneration der Wärmequelle mit der Passivkühlung, liefert gute JAZ im Bereich von 4,1 bis 4,3. Damit erreichen sie die Effizienz der konventionellen erdreichgekoppelten Systeme. Weiters zeigt das Monitoring hohe JAZ von bis zu 3,7 für den Brauchwasserbetrieb. Dieses gute Ergebnis lässt sich mit der Anhebung des Temperaturniveaus der Wärmequelle im Sommer durch Passivkühlung erklären.

Aufgrund der EU-Gebäuderichtlinie (Richtlinie zur Gesamteffizienz von Gebäuden, 2009), die bis 2018 respektive 2020 Passivhausstandard für Neubauten im öffentlichen und privaten Bereich vorsieht, wird sich der Anteil der Passivhäuser am Neubau zwangsläufig erhöhen. Für diese Anwendungen wird die Nachfrage nach Kleinstwärmepumpen, wie sie in diesem Projekt vermessen wurden, steigen. Der optimale Betrieb von Kompaktgeräten wird in Zukunft eine verstärkte Kooperation zwischen den einzelnen Gewerken bei der Errichtung der Gebäude erfordern, wobei das Gebäude eine wesentliche Determinante für die Effizienz des Heizungssystems darstellt.

weitere Publikationen

Field monitoring of multifunctional heat pumps in low energy houses:

• Final Report (March 2011): Results of field tests of heat pump systems in low energy houses (pdf)
• Best practice sheets (htm)

Deutschland, Japan, Kanada, Niederlande, Norwegen, Österreich, Schweden, Schweiz, USA

Projektleiter

Ao.Univ.-Prof. René Rieberer
Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik
Inffeldgasse 25/B
8010 Graz

DI (FH) Andreas Zottl
Energy Department
Sustainable Thermal Energy Systems
AIT Austrian Institute of Technology
Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H
Giefinggasse 2
1210 Wien

Projektmitarbeiter

Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik:

• Dr. Andreas Heinz
• Stefan Bernhard (Sept. 2007 - Jan. 2008)
• Julien Lequenne (Mar. 2008 - Aug. 2008)
• Patrick Hauser (Sept. 2008 - Sept. 2009)
• Dr. Klaus Martin (Nov. 2008 - Feb. 2009)

AIT Austrian Institute of Technology:

• Ing. Heinrich Huber, MSc
• DI (FH) Johannes Schnitzer
• Ing. Wolfgang Leitzinger