IEA HPT Annex 50: Wärmepumpen in Mehrfamiliengebäuden für Raumheizung und Warmwasser

Sowohl auf Europäischer, wie auch nationaler Ebene weist nur etwa jede zehnte verkaufte Wärmepumpe eine Heizleistung mehr als 20 kW auf und wäre damit für den (zentralen) Einsatz in Mehrfamilienhäusern (MFH) geeignet. Während Wärmepumpen also in Einfamilienhäusern (Heizleistung < 20 kW) weitverbreitet sind, besteht im MFH-Bereich ein erhebliches Ausbaupotenzial.

Aufgrund der dürftigen Datenlage und fehlender standardisierter Konzepte zur Integration von Wärmepumpen in MFH nahm sich das gegenständliche IEA Projekt zum Ziel, die aktuelle Marktsituation im Detail zu erheben und zu untersuchen, welche Wärmepumpentechnologien und Systemkonfigurationen für den Einsatz in MFH geeignet sind und wie durch den richtigen Einsatz dieser Technologien eine verstärkte Marktdurchdringung erzielt werden kann. Dazu wurde in internationaler Zusammenarbeit eine Matrix zur Systemklassifizierung und ein darauf basierendes Online-Vorauswahl-Tool erstellt.

Der österreichische Wärmepumpenmarkt für MFH wurde aufbereitet und das Potenzial für den Heizungstausch in MFH durch Wärmepumpen abgeschätzt. Von den etwa 260.000 MFH erfüllen bereits heute etwa 60.000 MFH die Voraussetzungen für einen sofortigen Heizungstausch. Bei einer Sanierungsrate von 3 % kämen etwa 8.000 weitere MFH pro Jahr hinzu.

In weiteren Schritten wurden Methoden zur energetischen Beurteilung von Wärmepumpenkombinationen mit Solarthermie- und Photovoltaik-Anlagen erarbeitet und ein darauf basierendes Excel-Tool entwickelt. Im Bereich Akustik wurden Ergebnisse aus aktuellen Forschungsprojekten in den Annex eingebracht. Ein Highlight ist ein Maßnahmenkatalog mit Angabe der erzielbaren Schallreduktion in dB(A) je Maßnahme. Das beste Beispiel ist die Optimierung der Regelung mit bis zu 10 dB(A) Schallreduktion.

Im Zuge der Simulationsarbeiten wurden optimale Kältekreiskonfiguration für Luftwärmepumpen in MFH identifiziert: Für alle Anwendungen weisen Kältekreisläufe mit dem Kältemittel Propan (R290) die beste Effizienz auf. Insbesondere bei Anwendungen mit höheren Temperaturen erzielten die Kältekreislaufvarianten mit EVI (Kältemitteleinspritzung in Verdichter)) die höchsten Werte. Im Zuge der Systemsimulationen wurde das reale Solar/Eisspeicher-Wärmepumpensystem „Hot Ice" simulationstechnisch abgebildet und mit der modellierten Luft/Wasser-Wärmepumpe verglichen.

Mittels dynamischer Anlagensimulation konnte die Anlage vertiefend analysiert (z.B. Auswirkung der Größe des Wärmequellensystems) werden, um Optimierungspotenziale zu identifizieren. Es konnte dabei die Regelung optimiert werden. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass insbesonders ein größeres Wärmequellensystem (Eisspeicher und/oder Solarkollektor) hinsichtlich Effizienz und Energieverbrauch vorteilhaft wäre. Die Anlage wurde als österreichisches Fallbeispiel für die internationale Projekt-Website aufbereitet und die gesammelten Betriebserfahrungen können zukünftig bei der Planung und Umsetzung vergleichbarer Systeme genutzt werden.

Country Reports

• Country Report Austria - Task 1: Market Overview (2020)
• Country Report Austria - Task 2.1: Methodology for assessing the performance of combined systems (2020)
• Country Report Austria - Task 2.2: Acoustic characteristics of MFH air-to-water heat pumps with description of measures to reduce noise emissions (2021)
• Country Report Austria - Task 3.1: Optimized refrigeration cycle configuration for Air-Water Heat Pumps for renovated, unrenovated and new MFH (2020)
• Country Report Austria - Task 3.2: System Simulation (2020) 
• Country Report Austria - Task 4: Demonstration (2020)

Masterarbeit

• Techno-economic analysis of combined heat pump and solar PV system for multi-family houses: An Austrian case study (2019)
• Paper im Rahmen der Masterarbeit "Techno-economic analysis of combined heat pump and solar PV system for multi-family houses: An Austrian case study" (2021)

Weitere Publikationen

• Wärmepumpen in sanierten Mehrfamilienhäusern - Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung (Artikel in der Fachzeitschrift TGA, 07-08/2021)
• Vortrag: Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern – Ergebnisse und Einblicke (2020)
• Vortrag: Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern – Marktübersicht und Potenziale aus dem IEA Projekt Annex 50 (2020)
• Vorträge zu Anwendung und Design von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern (2020)
• Vortrag: Innovative Akustik-Gadgets für die Praxis und die dafür benötigten HighTech-Messverfahren (2020)
• Vortrag: Erfahrungsbericht zu einer Wärmepumpenanwendung in einem MFH mit Eisspeicher & Solarthermie (2020)
• Großes Potential für Wärmepumpen in sanierten Mehrfamilienhäusern (Newsmeldung)

Projektleitung

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
DI (FH) Andreas Zottl

MitarbeiterInnen

• DI (FH) Petra Schöfmann
• Christian Köfinger, MSc
• Dr. Michael Lauermann
• Dr. Christoph Reichl

Projektpartner

Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik (IWT)
Ao.Univ.-Prof. Dr. René Rieberer

Mitarbeiter

Dr. Richard Heimrath

Dänemark, Deutschland (Leitung), Frankreich, Italien, Niederlande, Österreich, Schweiz

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Center for Energy
Projektleiter: Andreas Zottl
Projektmitarbeiter:innen: T. Natiesta, M. Lauermann, Ch. Reichl, S. Zibuschka
Giefinggasse 2, 1210 Wien
Tel.: +43 (0) 50550-6309
E-Mail: andreas.zottl@ait.ac.at

Technische Universität Graz, IWT Institut für Wärmetechnik
Inffeldgasse 25/B, 8010 Graz
Projektleiter: René Rieberer
Tel.: +43 316 873 - 7302
E-Mail: rene.rieberer@tugraz.at