Ein Leben auf Pump?

Wärmepumpen werden heute verbreitet als umweltschonende Methode zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden eingesetzt und stellen eine Schlüsseltechnologie dar, wenn es darum geht, die Klimaziele zu erreichen.

Obwohl die Verbreitung von Wärmepumpen noch zu wünschen übrig lässt, könnte die Entwicklung – hin zum Ausbau erneuerbarer Energien in Kombination mit den Möglichkeiten der Digitalisierung – dieser ohnehin schon vielfältig einsetzbaren Technologie noch weitere Dynamik verleihen.

Prognosen sind gefragt
Die Digitalisierung hält auch Einzug in die Wärmepumpenthematik. Wie es Christian Köfinger vom Austrian Institute of Technology (AIT) jüngst auf dem „16. Forum Wärmepumpe“ in seinem Vortrag präsentierte, geht die Zukunft dahin, dass es einen digitalen Zwilling und einen digitalen Prüfstand für die Regelsysteme gibt. Im Sinne einer „Predictive Maintenance“ käme es beispielsweise zu einer messdatenbasierten Fehlerkontrolle oder es werden automatisierte Empfehlungen für den Betrieb der Wärmepumpe generiert.

Die Digitalisierung führt zudem zum Einsatz von Augmented Reality, welche z. B. mittels einer App die Wartung der Wärmepumpe unterstützt. So lassen sich aus dem akustischen Verhalten der Wärmepumpe Rückschlüsse für die Wartung ziehen, worin ein Schwerpunkt in der wissenschaftlichen Arbeit von Köfinger besteht.

Das Wetter spielt mit
So vielfältig wie die Anwendungsmöglichkeiten von Wärmepumpen, ist auch das Spektrum der Forschungsprojekte am Institut für Wärmetechnik in Graz, wo man sich bereits seit rund 30 Jahren dieser Technologie widmet. Hier wurden unter anderem prädiktive Regelungsansätze entwickelt, die es erlauben, das Heizungssystem „vorausschauend“ – unter Einbeziehung von Wetterprognosen, zeitlich veränderlichen Stromtarifen und/oder einer „Eigenstromproduktion“ mittels Photovoltaikanlage etc. – zu betreiben.

Zum Beispiel lässt sich unter Berücksichtigung des „Ladezustandes“ des Gebäudes oder des Warmwasserspeichers die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe entsprechend verändern.

Ideen mit Tiefgang
Ein weiteres Thema für die Zukunft könnte die Gewinnung von Energie aus Abwasser sein, zumal es sich dabei um eine nahezu unerschöpfliche erneuerbare Energiequelle handelt.

Im Winter ist das Abwasser des Kanalsystems in unseren Breiten etwa 10 bis 12 °C warm, während im Sommer die Temperatur bis zu 20 °C erreicht. Diese Wärme bzw. thermische Energie lässt sich nutzen, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. „Bis zu 14 % des Wärmebedarfes in Gebäuden kann so gedeckt werden“, ist Stephan von Bothmer, der bei der deutschen Helmut Uhrig Straßen- und Tiefbau GmbH tätig ist, überzeugt.

Für ihn handelt es sich dabei um eine wettbewerbsfähige Technologie, die beispielsweise bereits seit 2009 im Élysée Palast in Paris zum Einsatz kommt. Dadurch, dass diese Technologie unsichtbar, dezentral und lokal verfügbar ist, wäre sie laut Stephan von Bothmer „besonders geeignet für den urbanen Raum“. Uhrig bietet mit dem Therm-Liner ein modulares Kanalwärmetauschersystem für den nachträglichen Einbau in Bestands- und Neubaukanäle.

Phönix aus der Asche
In den vergangenen Jahrzehnten kaum beachtet, erleben gegenwärtig die thermisch angetriebenen Absorptionswärmepumpen eine Renaissance. Sie verwenden zum Antrieb anstelle von Strom Wärme auf hohem Temperaturniveau (rund 80 bis 150 °C). Die Technologie kommt beispielsweise als Nachfolger der effizienzmäßig ausgereizten Brennwertkessel in Frage, denn gasbefeuerte Absorptionswärmepumpen lassen im Vergleich eine Gasverbrauchsreduktion von 40 % erwarten.

Das Institut für Wärmetechnik in Graz arbeitet diesbezüglich gemeinsam mit einem namhaften Kesselhersteller an der simulationsbasierten Optimierung von gasbefeuerten Ammoniak/Wasser-Absorptionswärmepumpen, die insbesondere für Bestandsgebäude mit bereits bestehender Gasinfrastruktur als Nachrüstungsmöglichkeit gedacht sind. (tdu)