.

Funktionsschema Gasmotor-Wärmepumpe
© BINE Informationsdienst

Gegenüberstellung von berechnetem Bedarf (rot) und gemessenem Verbrauch (blau) von Nutz-, End- und Primärenergie in Beziehung zum durch den berechneten bzw. gemessenen PV-Ertrag vermiedenen Primärenergieverbrauch
© Fraunhofer IBP
2 / 3

Erfahrungen mit dem Prototyp Gasmotor-Wärmepumpe

Elektrowärmepumpen sowie Gasabsorptionswärmepumpen gibt es seit vielen Jahren serienmäßig. Eine für den mitteleuropäischen Markt taugliche, seriengefertigte Gasmotor-Wärmepumpe existierte zum Planungszeitpunkt nicht. Deshalb entschieden sich die Beteiligten, einen Prototyp bauen zu lassen.

Zu Projektbeginn verursachte eine zu schwach ausgelegte Kupplung Probleme. Diese ließen sich durch die Anfertigung einer verstärkten Ausführung lösen. Trotzdem lief die Wärmepumpe danach nur halb so viel wie geplant. Das lag an einer zu hohen Heizwassertemperatur vor dem Verdichter. Die Ursache wurde erst Mitte 2015 gefunden: eine Rücklaufströmung vom Hochtemperaturspeicher zur Wärmepumpe, die sich durch den Einbau einer Rückschlagklappe beheben ließ. Doch nach wie vor gibt es technische Probleme an der Schnittstelle Ottomotor – Kupplung – Verdichter. Deshalb ist der Prototyp weiterhin störanfällig, verbunden mit hohem Wartungsaufwand. Dadurch kann die Wärmepumpe nicht den angenommenen Anteil zur Wärmeerzeugung beitragen. Thermodynamisch hat das Gerät überzeugt: Wenn die Wärmepumpe ordnungsgemäß lief, sparte sie sogar mehr Energie ein als vorher berechnet. Verglichen mit einem Brennwertkessel arbeitet die Gasmotor-Wärmepumpe in Bezug auf den Jahresnutzungsgrad um über 60% effizienter.

Erfahrungen mit der anodischen Oxidation

Beim Trinkwarmwasser gewährleistet eine anodische Oxidation den erforderlichen Legionellenschutz ohne zusätzliche Temperaturerhöhung. Die Anlage läuft nur periodisch für wenige Stunden pro Tag. Dies genügt, um ein Anwachsen von Legionellen zu verhindern. Weil das System allerdings bisher nicht gelistet ist und das Umweltreferat der Stadt München es nicht anerkennt, muss die Wohnungsgesellschaft regelmäßig die in einem solchen Fall vorgeschriebenen Legionellenuntersuchungen durchführen. Dass die Technik funktioniert, zeigte sich nach einem zeitweisen Ausfall des Moduls und damit verbundenem Legionellenwachstum: Als das Gerät wieder lief, sank der Anteil der Legionellen ohne zusätzliche Aktivitäten wieder unter den zulässigen Höchstwert.

Ergebnisse des Monitorings

Nach der Sanierung analysierten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP die Energieverbräuche der Wohnanlage über zwei Jahre. Die Messungen zeigen, dass sogar weniger Nutzenergie benötigt wurde als berechnet. Der bauliche Wärmeschutz erreicht also sein Ziel. Bei der Endenergie, also sobald die Gebäudetechnik ins Spiel kommt, ist es jedoch umgekehrt. Dies liegt daran, dass die Gasmotor-Wärmepumpe statt der geplanten 70% nur 34% der Wärme erzeugte und der Gas-Brennwertkessel mit der deutlich geringeren Energieeffizienz den Rest übernahm. Läuft die Wärmepumpe wie erwartet, stimmt der berechnete Bedarf gut mit den Messdaten überein. Entsprechend liegt auch der mittlere auf die Gebäudenutzfläche bezogene Primärenergieverbrauch für Heizung, Wassererwärmung und Hilfsenergie höher als berechnet, nämlich bei 47,4 kWh/m2a statt bei 41,5 kWh/m2a. Demgegenüber stand ein gemessener vermiedener Primärenergieverbrauch durch die Einspeisung von PV-Strom von 37,6 kWh/m2a. Dieser liegt 12% unter den Berechnungen der PV-Ausführungsfirma, stimmt aber gut mit den laut DIN V 18599 zu erwartenden Erträgen überein. Die Wohnanlage erreicht also gute Verbrauchswerte, verfehlt aber aufgrund der technischen Probleme und zu optimistischer Berechnungen des PV-Ertrags bisher das Ziel der CO2-Neutralität.

Die Erträge der thermischen Solaranlage überstiegen mit 495 kWh/m2a die Berechnungen von 338 kWh/m2a deut­lich und decken den Nutzwärmeverbrauch für Trinkwarmwasser im Sommer zu einem Großteil. Insgesamt benötigt die Heizung nach der Sanierung weniger Energie als die Versorgung mit Trinkwarmwasser. Beim Warmwasser wird nahezu die Hälfte der Energie für die Zirkulation aufgewendet.

Energieeffizienter Legionellenschutz

Um Legionellen abzutöten, muss bei der herkömmlichen thermischen Desinfektion das Wasser auf mindestens 60 °C erhitzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die chemische Desinfektion, bei der Zusatzstoffe ins Wasser gegeben werden. Das Verfahren der elektrochemischen Netz-Desinfektion bzw. anodischen Oxidation nutzt dagegen elektrischen Strom, um direkt aus dem Wasser und den enthaltenen Mineralien ein Mittel zur Entkeimung zu erzeugen (In-situ-Produktion). Die Zufuhr von geregeltem Gleichstrom wandelt Wasserinhaltsstoffe kurzzeitig elektrochemisch so um, dass freie chloräquivalente Oxidationsmittel (Oxidantien) entstehen, die sterilisierend wirken. Das zu entkeimende Wasser dient somit in der Regel ohne Zusatzstoffe selbst als Elektrolyt. Die Desinfektion erfolgt einerseits in der Anlage innerhalb der Anodengrenzschicht durch kurzlebige Oxidantien auf Sauerstoffbasis, andererseits nach der Anlage im behandelten Reinwasser durch langlebige Oxidantien (Depoteffekt). Nach bestimmter Zeit zerfallen die Oxidantien wieder zu den ursprünglichen Substanzen.

Projektinfo 09/2017:
2 / 3

Merkzettel

BINE-Abo

Publikation abonnieren

Adressen

Energiekonzept und Monitoring
Fraunhofer IBP

Hersteller Prototyp Wärmepumpe
BLZ Geotechnik Service GmbH

Energiekonzept
Ebert-Ingenieure GmbH

Legionellenschutz
Hydrosystemtechnik GmbH

BINE-Projektinfo 09/2017
(PDF, 4 Seiten, 2,16 MB)

Links

Abschlussbericht des Forschungsprojekts
Kostenpflichtig bestellbar bei der TIB Hannover

Annex 50
Forschungsprojekt LowEx-Bestand

Aufstockung und Sanierung zur CO2-neutralen Wohnsiedlung
Projektpräsentation der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Infotipps

Plusenergie-Konzept in Siedlung getestet
BINE-Projektinfo 01/2016

Nichtwohngebäude effizient heizen und kühlen
BINE-Themeninfo II/2016

Mit Gas-Adsorptionswärmepumpen heizen
BINE Projektinfo 03/2015

Dezentrale Heizungspumpen
BINE Projektinfo 13/2006

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.