CHALLENGE - Hocheffiziente Heißgas- und Abwärmenutzung in Luft/Wasserwärmepumpen für Plus-Energie-Gebäude und -Quartiere

Status

laufend

Ausgangssituation/Motivation

Herkömmliche Luft-Wasser-Wärmepumpensysteme werden in großvolumigen Plus-Energie-Gebäuden und -Quartieren kaum zur Wärme-, Kälte- und Warmwasserbereitung eingesetzt, da sie weniger effizient und lauter als Sole- & Wasser Wärmepumpen sind, sowie zur Bildung lokaler Hitzeinseln im Sommer beitragen.

Am Weg zu urbanen Plus-Energie-Quartieren ist es notwendig, erneuerbare Energie-quellen ressourcenschonend, effizient und emissionsfrei vor Ort zu nutzen und die gebäudetechnischen Systeme so energieeffizient wie möglich auszulegen. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit den aktuell zur Deckung des Raumwärme-, Kühl- & Warmwasserbedarfs im großvolumigen Niedrig und Plus Energie Wohnbau eingesetzten Kombisystemen aus PV-Modulen, Wärmepumpen und diversen Energiespeicher-technologien, die Effizienzvorgaben für nZEB nur erfüllt werden können, wenn die Gebäude höchste energetische Standards aufweisen und zudem die WP-Technologie hocheffizient arbeitet.

Großvolumige Bauvorhaben in dicht besiedelten urbanen Quartieren, wie sie im Zuge der Stadt der Zukunft verstärkt notwendig sind, weisen Charakteristika auf, welche die Erfüllung der Effizienzkriterien von Plus-Energie-Gebäuden mit Stand-der-Technik Lösungen erschweren bzw. unmöglich machen.

Neben begrenzten PV-Flächen können mangels geeigneter alternativer Wärmequellen nur Luft/Wasser-Wärmepumpen in großer Zahl eingesetzt werden. Diese sind oft weniger energieeffizient als Sole- und Wasser-Wärme-pumpen, emittieren zudem im Betrieb störenden Schall und bilden lokale Hitzeinseln.

Inhalte und Zielsetzungen

CHALLENGE zielt darauf ab, das im H2020 Projekt HYBUILD vom Konsortium entwickelte Konzept einer Luft/Wasser-Wärmepumpen-Systemkombination durch Innovationen so weiterzuentwickeln, dass sie ohne die genannten nachteilige Effekte in dicht bebauten, urbanen Gebieten in großvolumigen Plus-Energie Gebäuden bzw. Quartieren als Heiz, Kühl- & System zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden kann.

Konkret soll mittels experimentell validierter Funktionsmuster der Nachweis erbracht werden, dass mit dem CHALLENGE Konzept 10% an elektrischer Energie eingespart, die Bildung lokaler Hitzeinseln vermieden, sowie der Schall der Außengeräte im Sommer auf ein Minimum reduziert bzw. gänzlich vermieden werden kann.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden ein in den Kältekreis integrierter Latentspeicher/Wärmeübertrager, der Kältekreis, und die Außeneinheit der Wärmepumpe komplett neu designt. Zudem wird eine robuste und praxisnahe Gesamtsystemregelung entwickelt, die auf den neuen Kältekreis abgestimmt ist und die einzelnen Wohnungen optimal einbindet.

Methodische Vorgehensweise

Die aus HYBUILD offen gebliebenen Fragestellungen und die sich aus dem CHALLENGE Konzept ergebenden neuen Fragestellungen auf niedrigem Technologiereifegrade (TRL) werden auf Komponenten-, Kältekreis-, Gesamtsystem- und Gebäude/Quartierebene beantwortet. Dazu werden numerische Simulationen und experimentelle Messungen auf den verschiedenen Ebenen durchgeführt. Basierend auf Jahressimulationen werden schlussendlich Jahresenergieverbrauch und Wirtschaftlichkeit des Konzepts unter verschiedenen Randbedingungen berechnet und bewertet. Die Funktion des Konzepts wird mit einem Funktionsmuster des Gesamtsystems im Labormaßstab nachgewiesen.

Erwartete Ergebnisse

Eine erfolgreiche Umsetzung des CHALLENGE-Konzepts stärkt Österreichs Rolle als Technologieführer bei innovativen Umwelttechnologien, erlaubt den nationalen Partnern den Aufbau von Wettbewerbsvorteilen und mündet unter der Prämisse einer erfolgreichen Projektentwicklung mittelfristig in einer ganzheitlich optimierten, hoch-effizienten technischen Lösung zur Bereitstellung von Heizung, Kühlung und Warmwasser für Plus-Energie-Gebäuden und Quartieren in dicht besiedelten urbanen Gebieten.

Projektleitung

AIT Austrian Institute of Technology GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• AKG Verwaltungsgesellschaft mbH
• Pink GmbH
• Ochsner Wärmepumpen GmbH

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
DI Dr. Johann Emhofer
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A-1210 Wien
Tel.: +43 50550 6061
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