"Gasthermenersatz" - Modular aufgebaute Wärmepumpe mit umweltfreundlichem Kältemittel als Gasthermenersatz im großvolumigen Wohnbau

Ausgangssituation/Motivation

Gasthermen kommen meist in kleinen Einfamilienhäusern und im großvolumigen Wohnbau zum Einsatz und dienen der Heiz- und ggf. der Warmwasserbereitung nach dem Durchlaufprinzip. Im Gegensatz zur herkömmlichen Zentralheizung befindet sich eine separate Gastherme in jeder einzelnen Wohnung. Eine Gastherme arbeitet lediglich bei Wärmebedarf, benötigt wenig Platz und es ist leicht nachzuvollziehen, wer wieviel verbraucht.

Auf dem Weg zur klimaneutralen Stadt ist es notwendig, vor Ort verfügbare erneuerbare Energiequellen ressourcenschonend, emissionsfrei und effizient zu nutzen und die gebäudetechnischen Systeme so energieeffizient wie möglich einzusetzen.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Projekt Gasthermenersatz zielt darauf ab, eine dezentrale, schalloptimierte Wärmepumpenlösung aufbauend auf mehreren Kältekreis-Modulen zu entwickeln. Die Wärmepumpe wird unter Berücksichtigung einer minimalen Kältemittelmenge betrieben.

Diese erneuerbare Technologie ist besonders geeignet, um bestehende Gasthermen im großvolumigen Wohnbau zu ersetzen, und den Anteil an erneuerbaren Energieträgern und damit den Dekarbonisierungsgrad für Bestandswohnungen im urbanen Umfeld zu maximieren.

Methodische Vorgehensweise

Zur Erreichung der Ziele dieses Projekts werden 5 Arbeitspakete (AP) definiert, deren Verknüpfungen wie folgt dargestellt werden (siehe auch Abbildung): 

Arbeitspakete

• AP 1: Projektmanagement & AP 5: Dissemination
• AP 2: Konzeptentwicklung
• Ap 3: Laboraufbau
• AP 4: Laborversuche

Ziele

• Ziel 1: Entwicklung eines Technisch umsetzbaren Konzepts sowie dessen wirtschaftlicher und ökologischer Bewertung
• Ziel 2: Aufbau, Inbetriebsetzung und Test der Funktionsmuster

1. Konzeptentwicklung (AP2)
2. Numerische Simulation der identifizierten Konzepte (AP2)
3. Wirtschaftliche und ökologische Bewertung (AP2)
4. Aufbau eines ersten Kältekreis-Moduls (AP3)
5. Testen des ersten Kältekreis-Moduls (AP4)
6. Aufbau des Gesamtsystems (AP3)
7. Testen des Gesamtsystems (AP4)

Mit Hilfe von Expertenwissen werden geeignete Komponenten des Kältekreises ausgewählt und diese in numerische Modelle übergeführt. Unter Anwendung der Simulationsumgebung Modelica/Dymola wird der Kältekreis zuerst auf Modulebene simuliert und anschließend die optimale Kombination an parallelen und seriellen Kältekreismodulen bestimmt. Basierend auf den ermittelten Rahmenbedingungen werden die technischen Spezifikationen erstellt und mit herstellereigenen Auslegungssoftware und CAD-Programmen des Projektpartners Ochsner detailliert.

In Testläufen werden Regelungs- und Sicherheitskriterien geprüft, sowie die Sensorik und Messdatenerfassung qualifiziert. Unter definierten Laborbedingungen wird ein Kältekreismodul und später ein System aus Modulen vermessen, wobei automatische Messdatenerfassung und -auswertung (inkl. Plausibilitätsprüfung) mit entsprechender Software (LabView, Matlab, Python) zur Anwendung kommen.

Erwartete Ergebnisse

Das Projekt strebt danach, Erkenntnisse zum modularen Aufbau einer dezentralen, schalloptimierten Wärmepumpenlösung zur Heiz- und ggf. Warmwasserbereitung sicherzustellen. Zusätzlich sind diese auch für Bauträger und Hausverwaltungen im großvolumigen Wohn- bzw. Quartiersbau von Relevanz.

"Gasthermenersatz" soll eine Reihe weiterer Forschungsprojekte initiieren sowie in mittlerer Frist zu profitablen Auftragsforschungsprojekten im Rahmen der Implementierung von Wärmepumpenlösungen führen.

Projektleitung

OCHSNER Wärmepumpen GmbH

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

AIT - Austrian Institute of Technology GmbH

Stephan Preisinger
Ochsner-Straße 1
A-3350 Stadt Haag
Tel.: +43 (5) 04245 - 548
E-Mail: stephan.preisinger@ochsner.com
Web: www.ochsner.com