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Wärmepumpen funktionieren auch im Gebäudebestand

<p> <p>Eine Luft-Wärmepumpe fürs schmale Reihenhaus? Erdkollektoren fürs Mehrfamilienhaus? Eine Wärmepumpe als Heizungs-Unterstützung in der Eigentümergemeinschaft? Beim Thema Wärmepumpe gibt es noch immer viele Fragen – besonders bei Bestandsgebäuden: Geht das wirklich? Und lohnt es sich? Die stetig wachsende Zahl guter Beispiele im UBA-Portal „So geht’s mit Wärmepumpen!“ zeigt, dass und wie es geht.</p> </p><p>Eine Luft-Wärmepumpe fürs schmale Reihenhaus? Erdkollektoren fürs Mehrfamilienhaus? Eine Wärmepumpe als Heizungs-Unterstützung in der Eigentümergemeinschaft? Beim Thema Wärmepumpe gibt es noch immer viele Fragen – besonders bei Bestandsgebäuden: Geht das wirklich? Und lohnt es sich? Die stetig wachsende Zahl guter Beispiele im UBA-Portal „So geht’s mit Wärmepumpen!“ zeigt, dass und wie es geht.</p><p> Beispiele für Denkmalschutz, Reihenhaus und Optimierung <p>Ein <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/114965">denkmalgeschütztes Fachwerkhaus von 1932</a> in einer der kältesten Regionen Deutschlands spart nach Einbau einer Wärmepumpe 2.000 Euro Heizkosten jährlich – ganz ohne Fassadendämmung. Ein <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/114135">schmales Reihenmittelhaus ohne Garten und Keller</a> bekommt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe auf dem Dach: „Die Wärmepumpe ist von außen nicht zu hören und im Haus meist sehr leise. Wir schlafen nur einen Meter vom Innengerät entfernt, und nur gelegentlich tritt ein niederfrequentes Geräusch auf, das noch durch Feintuning des Herstellers optimiert werden soll“, schreibt der Eigentümer des Gebäudes.</p> <p>Manchmal läuft die neue Heizung am Anfang nicht wie erwartet. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/113885">Familie Mücke</a> stellte fest, dass das System ineffizient arbeitet und einen schlechten Warmwasserkomfort bietet. Doch ein Umbau konnte das Problem lösen: Die Effizienz wurde erheblich verbessert, was zu Heizkosteneinsparungen von 30 bis 40 Prozent führte.</p> Auch Beispiele für Mehrfamilienhäuser und Nichtwohngebäude <p>Auf „So geht’s mit Wärmepumpen!“ gibt es auch Projekte in Nichtwohngebäuden und Mehrfamilienhäusern. Da aufgrund des Alters von Gebäude (Baujahr 1890) und Heizungsanlage die nötigen Vorlauftemperaturen und Heizlasten nicht einfach zu bestimmen waren, entschied sich eine <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/110961">Wohnungseigentümergemeinschaft aus Konstanz</a> für eine Wärmepumpe, die im Hybridsystem durch die vorhandene Gasheizung unterstützt wird.</p> <p>In den Projekten im Portal berichten Gebäudeeigentümer*innen oder Akteure aus Planung, Energieberatung oder Architektur aus erster Hand von ihren Erfahrungen. Viele haben außerdem eine E-Mail-Adresse als Kontaktmöglichkeit hinterlegt.</p> Vorbild sein und Wärmepumpen-Erfahrung teilen! <p><strong>Sie haben selbst eine Wärmepumpe?</strong> Dann sind Sie schon jetzt ein Vorbild<strong>. </strong>Lassen Sie andere an Ihren Erfahrungen teilhaben und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/108006">zeigen Sie Ihr Projekt im Wärmepumpen-Portal</a>! Sie kennen <strong>andere Haushalte mit Wärmepumpen? </strong>Dann leiten Sie diese Mail gerne weiter!&nbsp;</p> Unterstützung durch Projektteam <p><a href="http://www.ifeu.de/">ifeu</a>, <a href="http://www.co2online.de/">co2online</a> und <a href="https://ingenieurbuero-heckmann.de/">Ingenieurbüro Heckmann</a> unterstützen das ⁠UBA im Rahmen eines Forschungsprojektes bei der Konzeption, dem Aufbau, der Pflege und der Außenkommunikation zum Portal „So geht’s mit Wärmepumpen!“. Das Projektteam ist per E-Mail erreichbar unter: <a href="mailto:UBA-WP-Datenbank@co2online.de">UBA-WP-Datenbank@co2online.de</a>.</p> </p><p>Informationen für...</p>

Nachweis der technischen und wirtschaftlichen Anwendung von Niedertemperaturwärme aus Geothermie (60°C) für die Beheizung und Warmwasserbereitung in einem aktuell mit Hochtemperatur versorgten Wohnquartier

Die NEUWOBA Neubrandenburger Wohnungsbaugenossenschaft eG bewirtschaftet, baut und betreibt Bauten in allen Rechts- und Nutzungsformen. Der Zweck der Genossenschaft ist vorrangig die Förderung seiner Mitglieder, indem eine gute, sichere und sozial verantwortbare Wohnungsversorgung gewährleistet wird. Mit dem Vorhaben soll der Nachweis der technischen und wirtschaftlichen Anwendung von Niedertemperaturwärme in einem aktuell mit Hochtemperatur versorgten Wohnquartier erbracht werden, ohne dass die bestehende Hausinstallation umgerüstet werden muss. Bisher erfolgt die Beheizung der Gebäude durch erdgasbasierte Fernwärme des örtlichen Versorgers. Das Wohnquartier umfasst 52 Gebäude mit über 1.600 Wohnungen. Bei den Gebäuden handelt es sich um modular sanierte Häuser. Für eine weitergehende CO 2 -neutrale Beheizung und Warmwasserbereitung des Quartiers will die Neuwoba die heimische erneuerbare Energiequelle der Tiefengeothermie (60° C) nutzen. Das Thermalwasser soll aus einer ca. 1.300 m tiefen Gesteinsschicht gewonnen werden. Ergänzend wird ein mit Biogas betriebenes BHKW errichtet, das für die Erzeugung von Spitzenlastwärme und zur Eigenstrom- versorgung dient. Die Wärme soll über ein zu errichtendes Vier-Leiter-Netz an die Gebäude verteilt werden. Zwei Leiter dienen der direkten Bereitstellung der Geothermie-Wärme mit ca. 55° C Vorlauftemperatur, zwei weitere Leiter dienen der zusätzlichen Nachheizung für die Trinkwassererwärmung mit ca. 80° C Vorlauftemperatur. An energetisch unterdurchschnittlichen (Dämmstandard, Ausrichtung des Gebäudes) Wohngebäuden des Typs WBS 70 wurde im Rahmen eines Messprogramms eine Heizkennlinie für Wohngebäude am Standort ermittelt, die zeigt, dass eine Beheizung der Wohneinheiten mit 50° C Vorlauftemperatur bis 0° C Außentemperatur und mit 60° C Vorlauftemperatur bis - 4° C Außentemperatur ohne Umrüstung der Heizungsanlage in den Wohnräumen möglich ist. Im Vergleich zur aktuellen Nutzung von Hochtemperatur (bis 130° C) können durch Vorlauftemperaturen von 55° C bzw. 80°C Energieverluste gemindert werden und die bisher auf fossiler Basis erfolgte Wärmeversorgung auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Insgesamt können mit dem Vorhaben rund 1.260 Tonnen Treibhausgas-Emissionen pro Jahr (78 Prozent) vermieden werden. Eine Übertragbarkeit der Technologie auf den Gebäudebestand anderer Wohnquartiere, insbesondere bei Plattenbauweise, ist möglich. Das Vorhaben leistet einen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele und der Ausbauziele erneuerbarer Energien in der Wärmeversorgung. Branche: Grundstücks- und Wohnungswesen und Sonstige Dienstleistungen Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: NEUWOBA Neubrandenburger Wohnungsbaugenossenschaft eG Bundesland: Mecklenburg-Vorpommern Laufzeit: seit 2017 Status: Laufend

Grossflaechige Betonheizkoerper - Nachauftrag

Die hergestellten textilen Heizregister (Silikonschlaeuche, eingewirkt in eine textile Matte, die als Abstandshalter und Bewehrung wirken soll) sind als grossflaechige beheizbare Betonfertigteile zu komplettieren. Es sind Varianten in Normal- und Leichtbeton herzustellen. Die Betonheizkoerper koennen mit vergleichsweisen niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden, wenn sie z.B als grossflaechige vorgesetzte Innenwand installiert werden. Die Betonheizkoerper wurden gefertigt. Eine Gewichtsreduzierung um 30 Prozent konnte durch Fertigung mittels Leichtbeton erreicht werden. Durch Kassettierung wurden weitere Massereduzierungen realisiert.

Optimierung von Energiesystemen unter Verwendung bilinearer Nebenbedingungen, Teilvorhaben: Entwicklung problembezogener Methoden für die Energiesystemoptimierung mit bilinearen Termen

In der Energiesystemanalyse, -planung und -optimierung sind gute Modelle der Systeme wichtig, um die Auswirkungen von Investitionsentscheidungen und Betriebsstrategien möglichst genau vorhersagen zu können. Für Optimierungsmodelle kommunaler und industrieller Systeme, welche oft Sektorkopplungen und Ganzjahresbetrachtungen beinhalten, hat sich als Stand der Technik wegen guter Konvergenz und geringer Rechenzeit das Mixed Integer Linear Programming (MILP) etabliert. Dieses hat einen entscheidenden Nachteil: Durch die überwiegend linear zu formulierenden Modellgleichungen können temperatursensitive Systeme nicht hinreichend genau abgebildet werden. Temperaturabhängige Wirkungsgrade (z.B. von Wärmepumpen) oder Temperaturanforderungen in Systemen mit Erzeugern unterschiedlicher Vorlauftemperaturen (Pooling-Probleme) werden bislang nur auf Umwegen und unter großen Vereinfachungen berücksichtigt. Überwiegend können diese Probleme mit bilinearen Termen formuliert werden, welche in diesem Projektvorhaben mit dem Algorithmus des Mixed Integer Quadratic Constraint Programming (MIQCP) gelöst werden sollen. Um trotzdem geringe Rechenzeiten und das Lösen auch komplexer Energiesysteme zu ermöglichen, müssen mathematisch günstige Formulierungen für die Modellgleichungen gefunden werden. Hier setzt das Teilvorhaben der GFaI an: das Auffinden der vorteilhaftesten Formulierungen je Problemstellung und die Entwicklung von geeigneten Algorithmen, um diese Umformulierungen möglichst generisch zu vollziehen. Durch die Entwicklung dieser Algorithmen soll die Lösbarkeit bilinearer Problemstellungen für eine breite Anwendung nutzbar gemacht werden und die Verwendung von MIQCP in der Energiesystemoptimierung etabliert werden.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Trinkwassererwärmung mit Wärmepumpen - energieeffizient und hygienisch unbedenklich

Wärmepumpen haben sich in nahezu allen Szenarien als Schlüsseltechnik für Dekarbonisierung des Gebäudebestandes erwiesen. Eine besondere Herausforderung ist die energieeffiziente Trinkwassererwärmung, insbesondere in größeren Gebäuden mit zentraler Warmwasserversorgung. Der Zielkonflikt zwischen Klimaschutz/Energieeffizienz (niedrige Vorlauftemperaturen) und hygienischen Anforderungen (z.B. Legionellenprävention) führt zu Restriktionen, die den effizienten Betrieb von Wärmepumpen beeinträchtigen können. Das Projekt zielt darauf ab, technische, wirtschaftliche und rechtliche Lösungen für diesen Konflikt zu erarbeiten und zielkompatible Lösungswege (technisches Regelwerk, Genehmigungsverfahren) zu beschreiben. Im Projekt sollen technische Lösungen aufgezeigt werden, wie die Wärmepumpe entlastet werden kann, indem effiziente Lösungen für die höheren Trinkwassertemperaturen (inkl. dezentrale Lösungen) und Legionellenproblematik gefunden werden. Zudem sollte die Wirtschaftlichkeit und die Folgekosten im Betrieb solcher Alternativer untersucht werden (Filter, Stromverbrauch, auch durch Desinfektion etc.). Der Schwerpunkt der Untersuchung soll auf Mehrfamilienhäusern und anderen Gebäuden mit zentraler Trinkwassererwärmung (z.B. Hotels) liegen. Dabei soll im Vorhaben zwischen Neubauten und Bestandsgebäuden unterschieden werden, wobei letztere stärkeren technischen Restriktionen unterliegen, die nicht immer vollständig aufgelöst werden können. Für eine festzulegende Anzahl von Beispielfällen werden dynamische Thermosimulationen durchgeführt und - soweit möglich - mit Praxiserfahrungen abgeglichen. Zusätzlich erfolgt eine trinkwasserhygienische Einordnung dieser Lösungen und - soweit möglich und im jeweiligen Zusammenhang sinnvoll - ergänzende analytische Untersuchungen zur Trinkwasserhygiene. Grundlagen sind aktuelle Forschungsprojekte (z.B. EE+Hyg@TWI, UltraF) und innovative technische Entwicklungen (z.B. Hochtemperatur-Wärmepumpen mit Propan oder CO2 (Text gekürzt)

Methodik für integrierte, standortweite Transformationskonzepte industrieller Liegenschaften, Teilvorhaben: Möglichkeiten zur energieeffizienten Intensivierung der Wasserstoffnutzung

MISTRAL betrachtet die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen organisatorischen Einheiten eines Unternehmens bei der Transformation thermischer, industrieller Energieversorgungssysteme. Dabei werden zeitlich veränderliche und unsichere Rahmenbedingungen sowie zeitlich gestaffelte Investitionsentscheidungen in einem modellgestützten Verfahren integriert. Der Fokus der Betrachtung liegt dabei auf Produktionsstandorten, welche sich durch thermische Netze auf verschiedenen Temperaturniveaus auszeichnen, die durch zentrale Energiewandler versorgt werden. Die Energie wird vom Energieeinkauf beschafft und anschließend durch interne Netzstrukturen verteilt. Die bereitgestellte Wärme/Kälte wird dann in den Produktionsprozess eingebracht oder innerhalb der Produktionsbetriebe weiter verteilt. Die Planung der Transformation ist komplex, da verschiedene Maßnahmen von unterschiedlichen Bereichen initiiert werden müssen. Einige Beispiele verdeutlichen dies: 1. Versorgungsbedingungen: Die Integration regenerativer Energieerzeuger erfordert eine Anpassung der Vorlauftemperaturen, was eine Synchronisation der Transformationspläne von Energieversorgung und Produktion nötig macht. 2. Abwärmenutzung: Zentrale Abwärmepotenziale, etwa aus der Drucklufterzeugung, beeinflussen konventionelle Erzeuger und führen zu netzübergreifenden Abhängigkeiten. 3. Veränderliche Netzstrukturen: Veränderungen in Temperaturanforderungen und Produktportfolio erfordern eine langfristige Betrachtung der Energiesystemtransformation im Kontext der Standort- und Produktstrategie. 4. Erneuerbare Prozesswärmeerzeugung: Elektrifizierung von Hochtemperatur-Prozesswärme erfordert eine Integration thermischer und elektrischer Infrastruktur. Konventionelle Planungsverfahren reichen für diese ganzheitliche Betrachtung nicht aus, daher werden Methoden des Operations Research und der mathematischen Optimierung eingesetzt.

Methodik für integrierte, standortweite Transformationskonzepte industrieller Liegenschaften, Teilvorhaben: Techno-Ökonomische Optimierung von Produktionsstandorten

MISTRAL betrachtet die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen organisatorischen Einheiten eines Unternehmens bei der Transformation thermischer, industrieller Energieversorgungssysteme. Dabei werden zeitlich veränderliche und unsichere Rahmenbedingungen sowie zeitlich gestaffelte Investitionsentscheidungen in einem modellgestützten Verfahren integriert. Der Fokus der Betrachtung liegt dabei auf Produktionsstandorten, welche sich durch thermische Netze auf verschiedenen Temperaturniveaus aus auszeichnen, die durch zentrale Energiewandler versorgt werden. Die Energie wird vom Energieeinkauf beschafft und anschließend durch interne Netzstrukturen verteilt. Die bereitgestellte Wärme/Kälte wird dann in den Produktionsprozess eingebracht oder innerhalb der Produktionsbetriebe weiter verteilt. Die Planung der Transformation ist komplex, da verschiedene Maßnahmen von unterschiedlichen Bereichen initiiert werden müssen. Einige Beispiele verdeutlichen dies: 1. Versorgungsbedingungen: Die Integration regenerativer Energieerzeuger erfordert eine Anpassung der Vorlauftemperaturen, was eine Synchronisation der Transformationspläne von Energieversorgung und Produktion nötig macht. 2. Abwärmenutzung: Zentrale Abwärmepotenziale, etwa aus der Drucklufterzeugung, beeinflussen konventionelle Erzeuger und führen zu netzübergreifenden Abhängigkeiten. 3. Veränderliche Netzstrukturen: Veränderungen in Temperaturanforderungen und Produktportfolio erfordern eine langfristige Betrachtung der Energiesystemtransformation im Kontext der Standort- und Produktstrategie. 4. Erneuerbare Prozesswärmeerzeugung: Elektrifizierung von Hochtemperatur-Prozesswärme erfordert eine Integration thermischer und elektrischer Infrastruktur. Konventionelle Planungsverfahren reichen für diese ganzheitliche Betrachtung nicht aus, daher werden Methoden des Operations Research und der mathematischen Optimierung eingesetzt.

Methodik für integrierte, standortweite Transformationskonzepte industrieller Liegenschaften, Teilvorhaben: Transformationskonzepte zum CO2 neutralen Produktionsstandort Darmstadt

MISTRAL betrachtet die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen organisatorischen Einheiten eines Unternehmens bei der Transformation thermischer, industrieller Energieversorgungssysteme. Dabei werden zeitlich veränderliche und unsichere Rahmenbedingungen sowie zeitlich gestaffelte Investitionsentscheidungen in einem modellgestützten Verfahren integriert. Der Fokus der Betrachtung liegt dabei auf Produktionsstandorten, welche sich durch thermische Netze auf verschiedenen Temperaturniveaus aus auszeichnen, die durch zentrale Energiewandler versorgt werden. Die Energie wird vom Energieeinkauf beschafft und anschließend durch interne Netzstrukturen verteilt. Die bereitgestellte Wärme/Kälte wird dann in den Produktionsprozess eingebracht oder innerhalb der Produktionsbetriebe weiter verteilt. Die Planung der Transformation ist komplex, da verschiedene Maßnahmen von unterschiedlichen Bereichen initiiert werden müssen. Einige Beispiele verdeutlichen dies: 1. Versorgungsbedingungen: Die Integration regenerativer Energieerzeuger erfordert eine Anpassung der Vorlauftemperaturen, was eine Synchronisation der Transformationspläne von Energieversorgung und Produktion nötig macht. 2. Abwärmenutzung: Zentrale Abwärmepotenziale, etwa aus der Drucklufterzeugung, beeinflussen konventionelle Erzeuger und führen zu netzübergreifenden Abhängigkeiten. 3. Veränderliche Netzstrukturen: Veränderungen in Temperaturanforderungen und Produktportfolio erfordern eine langfristige Betrachtung der Energiesystemtransformation im Kontext der Standort- und Produktstrategie. 4. Erneuerbare Prozesswärmeerzeugung: Elektrifizierung von Hochtemperatur-Prozesswärme erfordert eine Integration thermischer und elektrischer Infrastruktur. Konventionelle Planungsverfahren reichen für diese ganzheitliche Betrachtung nicht aus, daher werden Methoden des Operations Research und der mathematischen Optimierung eingesetzt.

Methodik für integrierte, standortweite Transformationskonzepte industrieller Liegenschaften, Teilvorhaben: Integrierte Modellierung und Optimierung von Produktionsprozessen mit Energieinfrastruktur

MISTRAL betrachtet die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen organisatorischen Einheiten eines Unternehmens bei der Transformation thermischer, industrieller Energieversorgungssysteme. Dabei werden zeitlich veränderliche und unsichere Rahmenbedingungen sowie zeitlich gestaffelte Investitionsentscheidungen in einem modellgestützten Verfahren integriert. Der Fokus der Betrachtung liegt dabei auf Produktionsstandorten, welche sich durch thermische Netze auf verschiedenen Temperaturniveaus aus auszeichnen, die durch zentrale Energiewandler versorgt werden. Die Energie wird vom Energieeinkauf beschafft und anschließend durch interne Netzstrukturen verteilt. Die bereitgestellte Wärme/Kälte wird dann in den Produktionsprozess eingebracht oder innerhalb der Produktionsbetriebe weiter verteilt. Die Planung der Transformation ist komplex, da verschiedene Maßnahmen von unterschiedlichen Bereichen initiiert werden müssen. Einige Beispiele verdeutlichen dies: 1. Versorgungsbedingungen: Die Integration regenerativer Energieerzeuger erfordert eine Anpassung der Vorlauftemperaturen, was eine Synchronisation der Transformationspläne von Energieversorgung und Produktion nötig macht. 2. Abwärmenutzung: Zentrale Abwärmepotenziale, etwa aus der Drucklufterzeugung, beeinflussen konventionelle Erzeuger und führen zu netzübergreifenden Abhängigkeiten. 3. Veränderliche Netzstrukturen: Veränderungen in Temperaturanforderungen und Produktportfolio erfordern eine langfristige Betrachtung der Energiesystemtransformation im Kontext der Standort- und Produktstrategie. 4. Erneuerbare Prozesswärmeerzeugung: Elektrifizierung von Hochtemperatur-Prozesswärme erfordert eine Integration thermischer und elektrischer Infrastruktur. Konventionelle Planungsverfahren reichen für diese ganzheitliche Betrachtung nicht aus, daher werden Methoden des Operations Research und der mathematischen Optimierung eingesetzt.

Methodik für integrierte, standortweite Transformationskonzepte industrieller Liegenschaften, Teilvorhaben: Strukturelle und betriebliche Transformation zur CO2 neutralen Glasscheibenproduktion

MISTRAL betrachtet die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen organisatorischen Einheiten eines Unternehmens bei der Transformation thermischer, industrieller Energieversorgungssysteme. Dabei werden zeitlich veränderliche und unsichere Rahmenbedingungen sowie zeitlich gestaffelte Investitionsentscheidungen in einem modellgestützten Verfahren integriert. Der Fokus der Betrachtung liegt dabei auf Produktionsstandorten, welche sich durch thermische Netze auf verschiedenen Temperaturniveaus aus auszeichnen, die durch zentrale Energiewandler versorgt werden. Die Energie wird vom Energieeinkauf beschafft und anschließend durch interne Netzstrukturen verteilt. Die bereitgestellte Wärme/Kälte wird dann in den Produktionsprozess eingebracht oder innerhalb der Produktionsbetriebe weiter verteilt. Die Planung der Transformation ist komplex, da verschiedene Maßnahmen von unterschiedlichen Bereichen initiiert werden müssen. Einige Beispiele verdeutlichen dies: 1. Versorgungsbedingungen: Die Integration regenerativer Energieerzeuger erfordert eine Anpassung der Vorlauftemperaturen, was eine Synchronisation der Transformationspläne von Energieversorgung und Produktion nötig macht. 2. Abwärmenutzung: Zentrale Abwärmepotenziale, etwa aus der Drucklufterzeugung, beeinflussen konventionelle Erzeuger und führen zu netzübergreifenden Abhängigkeiten. 3. Veränderliche Netzstrukturen: Veränderungen in Temperaturanforderungen und Produktportfolio erfordern eine langfristige Betrachtung der Energiesystemtransformation im Kontext der Standort- und Produktstrategie. 4. Erneuerbare Prozesswärmeerzeugung: Elektrifizierung von Hochtemperatur-Prozesswärme erfordert eine Integration thermischer und elektrischer Infrastruktur. Konventionelle Planungsverfahren reichen für diese ganzheitliche Betrachtung nicht aus, daher werden Methoden des Operations Research und der mathematischen Optimierung eingesetzt.

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