Mikro-Wärmepumpen als Alternative zu Gasthermen
Die Sanierung von Altbauten ist ein wunder Punkt der Energiewende. Wärmepumpen, die in eine vorgehängte Fassade passen, könnten hier eine Lücke schließen.
Bei den vielen Mehrparteien- und Mietshäusern, wie sie bis in die 1960er Jahre überall in der Republik entstanden, ist eine energetische Sanierung schwierig. Typischerweise werden solche Gebäude mit Gasetagenheizungen geheizt. "Gute Alternativen dazu sind auf dem Markt rar beziehungsweise nicht vorhanden", meint Fabian Ochs vom Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen der Uni Innsbruck. Herkömmliche Wärmepumpen etwa seien in der Regel zu groß und zu laut.
Um das zu ändern, entwickelt er mit seinen Kollegen Wärmepumpen, die so kompakt sind, dass sie sich in vorgehängten Fassaden unterbringen lassen, wie das Magazin MIT Technology Review in seiner aktuellen Ausgabe 8/2021 berichtet (jetzt hier zu bestellen oder im gut sortierten Zeitschriftenhandel).
Voraussetzung für den Einbau einer Wärmepumpe ist eine gute Dämmung. "Ein Passivhaus-Standard ist bei Sanierungen zwar nur in Ausnahmefällen zu erreichen, aber in der Regel kommt man nahe dran", sagt Rainer Pfluger vom Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften der Uni Innsbruck. Und wenn der Heizbedarf einer Wohnung sinkt, kann die Heizung entsprechend kleiner und sparsamer ausfallen. Die Industrie wolle aber, so Pfluger, diesen ersten Schritt gerne überspringen, um etwa mit leistungsstärkeren Wärmepumpen mehr Geld zu verdienen.
Wärmepumpe mit Außeneinheit als Prototyp
Kleine und leise Aggregate widersprechen eigentlich dem Ziel der Effizienz, so Ochs, denn dafür brauche man "relativ große Volumenströme". Um die vielen Anforderungen unter einen Hut zu bekommen, testet er unter anderem im Rahmen des Forschungsprojekts FitNeS per Laborversuch und Simulation verschiedene Ventilator-Bauarten und Konfigurationen. Ergebnis ist der Prototyp für eine Außeneinheit einer Wärmepumpe, deren Verdampfer mit vier kleinen, sehr effizienten und leisen Ventilatoren arbeitet statt mit einem großen. Dadurch wurde die Außeneinheit so kompakt, dass sie in eine vorgesetzte Holzfassade passt.
Das Gerät kommt mit 150 Gramm Propan als Kältemittel aus und erreicht eine thermische Leistung von etwa 1,5 Kilowatt. Damit dies reicht, muss die Wohnung entsprechend gedämmt sein. Konkret: Der Heizwärmebedarf sollte nicht mehr als 25 bis 30 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr betragen, so Ochs. Zum Vergleich: Der Median für unsanierte Gebäude zwischen Baujahr 1900 und 1960 liegt laut Ochs bei rund 155 Kilowattstunden.
"Eine Herausforderung ist auch die Kostenreduktion", sagt Ochs. Die dazu nötigen Stückzahlen will er durch einen modularen Aufbau erreichen. Je nach Bedarf lassen sich verschiedene Verdampfer-Module für außen mit Innenmodulen kombinieren – ob für ein Lüftungssystem oder eine Warmwasserheizung. "Bei einer typischen 70-Quadratmeter-Wohnung ist nicht mehr viel Spielraum für weitere Installationen, jeder zusätzliche Quadratmeter für eine Heizungsanlage tut weh", sagt Ochs. "Das Ziel ist es, Installation nur in Flur und Küche vornehmen zu müssen, nicht in einzelnen Räumen." Der Prototyp werde voraussichtlich in diesem oder im nächsten Jahr marktreif.
Nicht nur für Fußboden- und Wandheizungen
Auf weiteren Spielraum zum Schrumpfen der Wärmepumpe macht eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE aufmerksam. Im 2020 abgeschlossenen Forschungsprojekt "WPsmart im Bestand" beobachteten die Forschenden 56 Wärmepumpen über fünf Jahre hinweg im realen Betrieb. Das Ergebnis: Aus energetischer Sicht brauchen Wärmepumpen nicht unbedingt auf Temperaturen von unter minus zwölf Grad ausgelegt zu werden. Solch seltenen Extreme könnten auch mit Elektroheizstäben abgedeckt werden. "In der Jahresbilanz fällt das kaum ins Gewicht", erklärt Projektkoordinator Marek Miara. "Ausschlaggebend für die Effizienz sind vor allem die Temperaturen, wenn am meisten geheizt wird, also bei knapp über null Grad."
Auch mit einem weiteren Vorurteil räumt die Studie auf: Wärmepumpen sind nicht notwendigerweise auf Fußboden- oder Wandheizungen angewiesen. Auf dem Markt werden laut ISE inzwischen Heizkörper angeboten, die bei gleichem Platzbedarf wesentlich geringere Vorlauftemperaturen benötigen.
Mehr dazu lesen Sie in der aktuellen Ausgabe von MIT Technology Review (jetzt im heise shop und im Handel).
(grh)
