Das Fraunhofer-Institut wird in einem vierjährigen Feldtest 140 Wärmepumpen für Einfamilienhäuser vermessen. In Zusammenarbeit mit sieben Herstellern und zwei Energieversorgern untersuchen die Forscher, wie gut elektrische Wärmepumpen den Wärmebedarf von Niedrigenergiehäusern decken können.
Funktionsweise einer Wärmepumpe. Quelle: Badische Zeitung, Freiburg Prinzipskizze einer Wärmepumpe. Quelle: Fraunhofer ISE
Die Wärmepumpe erlebt gerade einen Boom. "Gut ausgeführte Wärmepumpen sind im Vergleich zu Öl- und Gaskesseln ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll. In den letzten Jahren haben sie einen immer größeren Anteil am Heizungsmarkt eingenommen. Besonders bei energiesparenden Passivhäusern sind sie bereits zur Standardhaustechnik geworden", sagt Projektleiter Dr. Andreas Bühring.
"Andere Heizsysteme können die dort benötigten kleinen Wärmemengen nur mit großen Verlusten bereitstellen. Wir werden in diesem Monitoringprojekt klären, wie effizient moderne Wärmepumpen in Gebäuden aktuellen Standards sind und ob sie eine nachhaltige Alternative zu fossilen Energieträgern bieten. Für den Einsatz in sehr guten Niedrigenergie-Häusern mit einem Jahresheizwärmebedarf von 20 bis 50 kWh/m2 –entsprechend 2 bis 5 l Öl/m2 – wollen wir feststellen, welche Optimierungen noch möglich sind."
Als Wärmequelle nutzen die Wärmepumpen Außenluft, Erdreich oder Grundwasser. Neben oberflächennahen Erdkollektoren werden in zunehmender Zahl Erdsonden eingesetzt, die meist bis zu 100 m tiefe Erdschichten nutzen. Wärmepumpen können Umweltwärme niedriger Temperatur – zum Beispiel aus dem Erdreich mit 10 °C – auf ein höheres Niveau – z. B. 30 bis 55 °C anheben. Dazu nutzen sie als Antriebsenergie meist Strom. Da mit 1 kWh Strom bis zu 5 kWh Wärme produziert werden, führt dieses System in vielen Anwendungen zu einem geringeren Primärenergieverbrauch als konventionelle Heizsysteme und ist dann ökologisch sinnvoll.
Im Projekt werden Wärmepumpen der Marken Alpha-InnoTec, Buderus, Junkers, Hautec, NIBE, Siemens-Novelan, Stiebel Eltron, Tecalor, Vaillant und Viessmann untersucht. Die Energieversorger EnBW und E.ON Energie begleiten und fördern neben den Herstellern das Projekt. Vom Bundeswirtschaftsministerium erfährt das Projekt eine Förderung von 50%. Interessierte Bauherren, die bis September 2006 im Südwesten Deutschlands eine Wärmepumpe der genannten Marken neu installieren, können sich unter Tel. 0761/4588-5371 über die Möglichkeit einer Teilnahme informieren.
Bis zum Sommer 2008 vermessen die Fraunhofer Forscher je 11 Wärmepumpen der 7 Hersteller und anschließend bis zum Sommer 2010 je 9 weitere, dann neu installierte Anlagen, insgesamt 140 Wärmepumpen. Ein Datenlogger erfasst beim Betreiber minütlich das gesamte Systemverhalten: die wichtigsten Temperaturen, Durchflussmengen, Wärmeströme und Stromverbräuche auch der Hilfsantriebe. Über Funk sichert das Institut einmal am Tag die Messwerte und prüft sie automatisch.
»Weil wir so detailliert messen, können wir nicht nur eine Energiebilanz aufstellen, sondern auch das Betriebsverhalten auswerten. Das gibt den Herstellern präzise Hinweise, ihre Produkte gegebenenfalls zu optimieren«, so Bühring. Eine weitere Besonderheit: 14 Wärmepumpen werden über die ganzen vier Jahre vermessen. Ziel ist es zu klären, ob sich Kältemittelverluste über ein verändertes Betriebsverhalten nachweisen lassen und wie hoch diese gegebenenfalls sind.
In einem parallelen, von E.ON Energie AG, München finanzierten Projekt, untersucht das Fraunhofer ISE 100 Wärmepumpen größerer Wärmeleistung in Bestandsgebäuden. Die Anlagen werden bei E.ON Kunden, die vorher mit Ölkesseln geheizt haben, eingesetzt. Das Institut prüft in der wissenschaftlichen Untersuchung dabei unter anderem, welche Voraussetzungen an die Gebäude zu stellen sind und beurteilt die ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile gegenüber einer Ölheizung.