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Wärmepumpen im Energiesystem der Zukunft

Full text: Energy innovation Austria Issue 2016,3 Wärmepumpen im Energiesystem der Zukunft

energy
innovation
austria

3/2016

Aktuelle Entwicklungen und Beispiele für zukunftsfähige Energietechnologien

Wärmepumpen
im Energiesystem der Zukunft

Innovative Technologien und Entwicklungen
aus Österreich

Die Wärmepumpentechnologie hat großes Potenzial, ein wichtiger Baustein
im Energiesystem der Zukunft zu werden. Innovative Entwicklungen in diesem
Bereich zielen nicht nur auf ressourcenschonendes Heizen und Kühlen im
Gebäudebereich, auch der Einsatz von Großwärmepumpen in Industrie- und
Gewerbe, die Wärmepumpe in intelligenten Energienetzen sowie die Einbindung der Technologie in kommunale Infrastruktur sind wichtige aktuelle
Forschungsthemen.

Foto: Energie AG Oberösterreich, Ochsner

THEMA

Luft-Wasser-Wärmepumpe,
Foto: Viessmann Werke

Wärmepumpentechnologie
für die effiziente und ressourcenschonende Energieversorgung
Wärmepumpen werden heute verbreitet als umweltschonende
Methode zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden eingesetzt.
In einem zukunftsfähigen Energiesystem, das auf den Ausbau erneuerbarer Energien und die Steigerung der Energieeffizienz setzt,
könnte die vielfältig einsetzbare Energietechnologie eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Die Nutzung von Umgebungswärme
stellt einen wesentlichen Vorteil der Wärmepumpe dar. Die in der
Außenluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich gespeicherte
Wärme wird mit Hilfe einer effizienten Technik von einem niedrigen
auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und so für Heizzwecke
und Warmwasser einsetzbar gemacht. Zur Kühlung wird der Kältekreislauf umgekehrt betrieben (aktives Kühlen). Über Erd- oder
Grundwasserwärmepumpen können die niedrigen Temperaturen
des Erdreichs auch direkt genutzt werden (passives Kühlen). Hohes Potenzial hat die Wärmepumpentechnologie zur optimierten
Wärme- und Kältebereitstellung über thermische Netze und zum
effizienten Energieeinsatz in Industrie- und Gewerbeunternehmen.
Auch für das Lastmanagement im „Smart Grid“ könnten Wärmepumpen in Zukunft verstärkt zum Einsatz kommen.

Österreichische Technologieroadmap für Wärmepumpen
2016 wurde vom AIT Austrian Institute of Technology und e-think
im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und
Technologie (bmvit) und des Verbands Wärmepumpe Austria eine
österreichische Technologieroadmap zur Wärmepumpentechnologie ausgearbeitet. Diese zeigt das wirtschaftliche Potenzial der
Wärmepumpe bis 2030 und enthält einen Forschungs- und Entwicklungsfahrplan, in dem die zentralen zukünftigen Maßnahmen
identifiziert und relevante Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Markteinführung formuliert werden. Der Forschungs- und
Innovationsbedarf für die Wärmepumpentechnologie in Österreich
ist in den vier Hauptanwendungs- und Innovationsfeldern „Wärmepumpen für Wohn- und Nichtwohngebäude“, „Smart Electric
Grids und Wärmepumpen“, „Wärmepumpen in thermischen
Netzen“ und „Wärmepumpen für Industrieprozesse“ unterschied2

energy innovation austria 3/2016

lich ausgeprägt. Im Bereich der Wohn- und Nichtwohngebäude
im Neubau hat sich die Wärmepumpe als Heizungstechnologie
über viele Jahre etabliert. Das große Feld der Gebäudesanierung
wird als Zukunftsmarkt mit viel Potenzial gesehen. Hier müssen
insbesondere im Bereich hybrider Systeme noch Forschungsfragestellungen der Systemintegration und Systemregelung bearbeitet werden. Für Anwendungen mit Nutzungstemperaturen
über 100°C besteht zusätzlich Forschungsbedarf im Bereich der
technologischen Entwicklung von Wärmepumpenaggregaten,
welche dann in Industrieprozesse integriert werden können, um
ungenutzte Abwärme signifikant zu reduzieren.

Marktsituation und Trends in Österreich
Im Jahr 2015 waren in Österreich ca. 78.700 Brauchwasser­
wärmepumpen, 158.100 Heizungswärmepumpen, 4.700 Wohnraumlüftungswärmepumpen und einige 100 Industriewärme­
pumpen in Betrieb. Der Absatz von Heizungswärmepumpen
wächst im Inlandsmarkt gegenwärtig sehr rasch. Im Jahr 2015
wurden in Österreich 17.451 Heizungswärmepumpen verkauft,
was einer Steigerung von 9,8 % gegenüber 2014 entspricht.
Die meisten Heizungswärmepumpen werden aktuell in neu gebauten Ein- und Zweifamilienhäusern eingesetzt. Zum Einsatz
kommt hier die kleinste Wärmepumpen-Leistungsklasse bis 10 kW,
die 2015 ein Wachstum von 21,4 % zeigte. Anwendungen finden
sich jedoch auch im mehrgeschoßigen Wohnbau und in Gebäuden
des Dienstleistungssektors.
Mittelfristig stellt der Sanierungsmarkt das größte Anwendungspotenzial für Heizungswärmepumpen dar. In diesem Bereich können Wärmepumpen auch zur Gebäudetrockenlegung eingesetzt
werden. Bei den Wärmequellen gibt es aus betriebswirtschaftlichen und strukturellen Gründen zurzeit einen starken Trend
zu Luft/Wasser-Systemen, aber auch Direktverdampfersysteme
kamen in den letzten Jahren wieder vermehrt zum Einsatz. 

PROJEKT

Ein großer Anteil der Wohngebäude in Österreich (ca. 43 %, lt.
Statistik Austria 2016) werden derzeit mit fossilen Energieträgern
beheizt, wobei sich diese jeweils ca. zur Hälfte auf Erdgas und
Öl aufteilen. Die Steigerung der Effizienz beim Einsatz konventioneller, fossiler Energieträger und die verstärkte Nutzung erneuerbarer Ressourcen sind wichtige Faktoren für eine zukunftsfähige
Energieversorgung. Eine innovative, hocheffiziente Technologie
ist die direkt befeuerte Absorptionswärmepumpe oder Gasabsorptionswärmepumpe. Diese Technologie kann neben der im
Brennstoff gespeicherten Energie auch Umgebungswärme (z. B.
Erdwärme) für Heizzwecke nutzen. Dadurch kann im Vergleich
zur Brennwerttechnik (der aus heutiger Sicht modernsten KesselTechnologie) eine um 50–100 % höhere Effizienz erreicht werden.

„Das Projekt NexGen ist für die
Nachhaltigkeit bzw. Ressourcen­
schonung im Heizungs- und
Renovierungsmarkt ein wichtiger
Meilenstein. Durch intensive
Forschungs- und Entwicklungsarbeit
mit einem hoch motivierten Team ist
es uns gelungen, technische Hürden
zu meistern. Kooperationen mit
wichtigen globalen Playern in dieser Branche gewährleisten
eine dementsprechende Marktdurchdringung.“

Foto: Heliotherm

NexGen
Gaswärmepumpen der nächsten Generation

Andreas Bangheri
Geschäftsführer Heliotherm Wärmepumpentechnik Ges.m.b.H

Innovative Technologieentwicklung
Ziel eines Forschungsprojekts, das vom AIT Austrian Institute of
Technology in Kooperation mit dem Institut für Wärmetechnik (IWT) der Technischen Universität (TU) Graz und dem Tiroler Unternehmen E-Sorp GmbH durchgeführt wurde,
war die Entwicklung einer kompakten
und leistungsmodulierenden Gasab­
sorptionswärmepumpe (bis 18 kW),
die den so genannten GAX (Generator/
Absorber Heat Exchange)-Prozess verwendet. Dieser sorgt für eine optimale
Nutzung der im Brennstoff enthaltenen
Energie für die Kältemittelproduktion im
Generator. Eine Schlüsselkomponente
dabei ist der GAX-Generator/Absorber,
dessen Performance für die ganze Maschine ausschlaggebend ist.

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Die Gasabsorptionswärmepumpe muss
sowohl im Winter bei Außentemperaturen
unter dem Gefrierpunkt, als auch in der
Übergangszeit bei typischen Außentemperaturen von 5–10°C effizient arbeiten. Aus diesem Grund wurde das System mit einer Leistungsmodulation ausgestattet. Dazu wurden verschiedene
GAX-Zyklus-Konfigurationen an der TU Graz simuliert.
Die vielversprechendsten Generatorkonzepte wurden
gebaut und hinsichtlich ihrer Charakteristiken experimentell am
AIT untersucht. Von E-Sorp wurde ein Funktionsmuster einer
gesamten GAX-Absorptionswärmepumpe samt Regelkonzept
realisiert, das an der TU Graz hinsichtlich Energieeffizienz und
Regelalgorithmusstabilität getestet wurde.

		

Projektergebnisse
Basierend auf Messungen nach der
gültigen Norm (EN 12309) konnten für
Anwendungen bei niedriger Vorlauf­
temperatur (35°C) bzw. hoher Vorlauftemperatur (55°C) maximale saisonale
Wirkungsgrade der Gasnutzung von 167 %
bzw. 152 % errechnet werden. Im speziellen Anwendungsfall der Gebäude­
sanierung kann mit der entwickelten
Gasabsorptionswärmepumpe somit mehr
als 30 % an Gas im Vergleich zu einem
Brennwertgerät eingespart werden. Bei
Neubauten bzw. Systemen, die mit einer
niedrigen Vorlauftemperatur auskommen,
reduziert sich der Gasverbrauch sogar um
über 40 %. Der elektrische Energiebedarf
beträgt dabei, je nach Modulationsgrad,
nur 3–10 % der zur Verfügung gestellten
Wärme.

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Die Projektergebnisse demonstrieren, dass
eine voll modulierende Gasabsorptionswärmepumpe im niedrigen Leistungsbereich (5–18 kW) einen wertvollen Beitrag
zur Reduktion des Primärenergieverbrauchs
liefern kann. Besonders interessant ist dieser
	
	 Wärmepumpentyp für die Gebäudesanierung,
	
wo auf bestehende Infrastruktur (Gasanschluss,
Heizungsrohre und Heizkörper) zurückgegriffen werden kann. Hier
stellt die Technologie eine zukunftsweisende Alternative für den
Ersatz von veralteten Gaskesseln dar. 

energy innovation austria 3/2016

3

PROJEKT

HyPump
Hocheffiziente Hybrid-Wärmepumpe für die Industrie
In der Industrie fallen große Mengen an Abwärme aus unterschiedlichen Prozessen an, die oft mit zusätzlichem Aufwand entsorgt
werden müssen. Industrielle Abwärme ist eine wertvolle Wärmequelle, da ihr Temperaturniveau (ca. 30–60°C) deutlich höher liegt
als z. B. jenes von Umgebungsluft oder Erdreich. Großwärmepumpen für Industrieprozesse werden heute meist angepasst an die
jeweiligen Anforderungen in kleinen Stückzahlen realisiert, das
Temperaturniveau der Nutzwärme ist dabei mit den marktüblichen
Kältemitteln auf unter 80°C beschränkt. Viele Industrieprozesse
benötigen jedoch Wärme in einem höheren Temperaturbereich
bis 110°C.
Durch den Einsatz von Hochtemperaturwärmepumpen könnte
die Energieeffizienz von industriellen Prozessen deutlich gesteigert werden. Im Projekt „HyPump“ des Instituts für Wärmetechnik
(IWT) der Technischen Universität (TU) Graz wurde eine hocheffiziente Hybrid-Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung in der
Industrie entwickelt. Forschungspartner waren das AIT Austrian
Institute of Technology und Frigopol Kälteanlagen GmbH.

„Das Projekt ‚Hocheffiziente Hybridwär­
mepumpe zur Wärmerückgewinnung in
der Industrie‘ hat für uns einige praktische
Erkenntnisse gebracht, die für zukünftige
Produkte bedeutend sein können. Für uns
als Unternehmen ist die Zusammenarbeit
mit Forschungseinrichtungen und Univer­
sitäten wichtig, um dauerhaft innovativ zu
bleiben. Diese engen Kooperationen schaf­
Foto: Frigopol Kälteanlagen GmbH
fen Zugang zu neuen Entwicklungen,
vielfältigem Know-how und ermöglichen die rasche
praktische Umsetzung von theoretischem Wissen.
Und alle Projektpartner profitieren davon!“
Ing. Johann Herunter
CEO Frigopol Kälteanlagen GmbH

>	großer Einsatzbereich aufgrund des an die gewünschte
Wärmesenkentemperatur anpassbaren Verfahrens
>	 dezentrale Einsatzmöglichkeit durch die kleine Leistungsklasse
>	 Wirtschaftlichkeit auch im kleinen Leistungsbereich durch
den Einsatz von Standardkomponenten
>	 Verwendung eines umweltfreundlichen Arbeitsstoffes (ein
Stoffgemisch aus Ammoniak/Lithiumnitrat)

Untersuchungen am Teststand
An der TU Graz wurde ein Funktionsmuster der Hybrid-Wärmepumpe aufgebaut, um das Konzept bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen hinsichtlich Leistung und Effizienz analysieren
zu können. Detaillierte Auswertungen einzelner Komponenten
wurden durchgeführt und Optimierungspotenziale ermittelt. Die
Ergebnisse zeigen, dass das System einer hybriden Wärmepumpe
durch die erweiterten Regelungsmöglichkeiten für viele Anwendungsfälle und vor allem für die Anwendung im höheren Temperaturbereich eine interessante Variante darstellt.

Foto: Frigopol Kälteanlagen GmbH

Vorteile der neuen Entwicklung
Mit dem Konzept einer kombinierten Absorptions/KompressionsWärmepumpe, bei der ein spezielles Arbeitsstoffgemisch verwendet wird, können hohe Nutzwärme-Temperaturniveaus (>100°C)
erreicht werden, ohne den Betriebsdruck der Anlage zu erhöhen.
Das „HyPump“-Konzept ist für den kleinen bis mittleren Leistungsbereich ausgelegt und verfolgt folgende Ziele:
>	 hohe Effizienz auch im hohen Temperaturbereich und damit
ein signifikantes CO2-Einsparungspotenzial

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energy innovation austria 3/2016

Im Rahmen des Projekts wurde auch eine wirtschaftliche Analyse
durchgeführt und die Kostenanteile der einzelnen Anlagenkomponenten im Detail betrachtet. 70 % der Gesamtkosten machen die
Kompressoren, die Lösungspumpe, die Plattenwärmeübertrager
sowie Montage und Instandsetzung aus. Aufgrund der erweiterten
Regelungsmöglichkeiten ergibt sich auch ein erhöhter Bedarf an
Messtechnik. Durch Anpassungen im Design und die Standardisierung ist Kostenreduktionspotenzial gegeben.
Die Ergebnisse der Analysen können bei zukünftigen Anwendungsfällen herangezogen werden, um Leistung und wirtschaftliche Kennzahlen mit alternativen Wärmeerzeugern zu vergleichen.
Für weitere Forschungsprojekte oder erste Pilotanlagen dienen
diese als Basis für erste Voruntersuchungen. 

PROJEKT

SilentAirHP
Schallreduktion für
Luftwärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpen zählen europaweit zu den meist verkauften Wärmepumpensystemen für die Heizung und Kühlung
von Wohnbauten. Geringer Platzbedarf, vergleichsweise niedrige
Anschaffungskosten und die einfache Installation gehören zu
den Vorteilen dieser Technologie. Der Betrieb von Luft-WasserWärmepumpen kann allerdings störende Geräusche verursachen,
die den breiten Einsatz vor allem in Siedlungsgebieten erschweren
können. Aufgrund des hohen benötigten Luftvolumenstroms können – neben den Geräuschen des Verdichters – auch Ventilator
und Verdampfer auffallende Beiträge zum Gesamtschallpegel
liefern. Vor allem während der Übergangszeit kann es aufgrund
der Vereisung des Verdampfers zu einer höheren Schallemission
kommen, da höhere lokale Strömungsgeschwindigkeiten zu verstärkter Schallabstrahlung führen.
Konstruktive, komponenten-spezifische, regelungstechnische und
aktive Maßnahmen zur Minimierung der Schallemissionen wurden
bisher vor allem qualitativ bewertet. Am AIT Austrian Institute of
Technology werden nun fortschrittliche numerische und experimentelle Methoden zur quantitativen Bewertung schallreduzierender Maßnahmen für Luft-Wasser-Wärmepumpen erarbeitet.
Damit sollen mittelfristig nationale Hersteller bei der Neuentwicklung bzw. Nachrüstung ihrer Produkte unterstützt werden. Die
ForscherInnen entwickeln neue akustische Messmethoden, um
Schallquellen frequenzaufgelöst unterscheiden und lokalisieren
zu können und führen Simulationen des Gesamtsystems durch,
welche die Schallemission (auch während des Vereisens der
Außeneinheit) berücksichtigen. Um die Folgen von Schallreduk­
tionsmaßnahmen experimentell untersuchen zu können, wird eine
industrienahe modulare Luft-Wasser-Wärmepumpe aufgebaut.
Neben der Quantifizierung ausgewählter „passiver“ Maßnahmen
sollen z. B. die Verwendung von Anti-Eis-Beschichtungen des
WYSS Institute for Biologically Inspired Engineering (Harvard Universität) bei Vereisung und Abtauung, sowie Noise Cancelling als
„aktive“ Maßnahme getestet und bewertet werden. Gemeinsam
mit dem Institut für Schallforschung, Österreichische Akademie
der Wissenschaften (ÖAW) werden ausgewählte Schallreduktionsmaßnahmen zudem psychoakustisch analysiert. Die Projektergebnisse werden quantitativ bewertet und fließen in einen Katalog für
bekannte und neuartige Schallreduktionsmaßnahmen ein. 
von o. nach u.: 1) Messwerterfassung und Analysesystem vor einer Wärmepumpe
in der Klimakammer, 2) Vorbereitung einer ortsaufgelösten akustischen Messung
der GreenHP mit 64 Mikrophonen, 3) Resultat einer Beamforming-Analyse dargestellt auf der Oberfläche einer Testwärmepumpe. Die Farbe zeigt die Intensität
der Schallquelle bei ungefähr 1 kHz, 4) Akustische Kamera in Ringform (64
Kanäle) mit einer in der Mitte positionierten Thermokamera für den Einsatz in der
Klimakammer; Fotos: 1 und 4 AIT/Ludwig Schedl, 2 AIT/Lukas Ilgner
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PROJEKT

Foto: Ochsner Energie Technik GmbH

Energie aus Abwasser
Die Wärmepumpe in integrierten
kommunalen Energiesystemen
Der Energiegehalt in Abwässern aus Haushalten, Gewerbe und
Industrie ist beträchtlich. In Österreich wird Abwasser als Energiequelle bisher aber noch kaum genutzt. Über Wärmetauscher
kann die im Abwasser enthaltene Wärmeenergie entnommen und
mit Wärmepumpen auf das benötigte Temperaturniveau z. B. für
Heiz- oder Kühlzwecke gebracht werden. Die Abwassertemperaturen liegen ganzjährig um oder über 10°C und sind damit optimal für den Einsatz von Wärmepumpen geeignet. Abwasser fällt
in großen Mengen zumeist dort an, wo auch Energie benötigt wird,
d. h. wo sich genügend Wärme- und Kälteabnehmer befinden. Die
technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen für die Nutzung
von Abwasserenergie sowie die Möglichkeiten zur Einbindung in
kommunale Energiesysteme wurden in mehreren Forschungsprojekten der Österreichischen Energieagentur in Kooperation mit
Ochsner Wärmepumpen GmbH untersucht. Basierend auf den
Ergebnissen konnte noch während der Projektlaufzeit eine Anlage
der STADTwerke Amstetten realisiert werden.

Thermische Nutzung von Abwasserenergie
Zielsetzung des Projekts „Energie aus Abwasser“ war es, die
technischen Möglichkeiten der Energierückgewinnung aus dem

Projekt STADTwerke Amstetten
Ein Vorzeigeprojekt für das Heizen und Kühlen mit Abwasser­
energie wurde in Amstetten in Niederösterreich realisiert. Seit
2012 werden die Betriebsgebäude der STADTwerke Amstetten
nicht mehr mit Erdgas und das Kraftwerk nicht mehr mit Strom
beheizt. Stattdessen entzieht ein 42 Meter langer Wärmetauscher
dem Sammelkanal des Gemeindeabwasserverbands Wärme.
Eine Wärmepumpe mit 228 Kilowatt Leistung nutzt diese Energie
zum Heizen und Kühlen der Betriebsgebäude. Die vorhandenen
Gaskessel wurden als Backup-System bzw. zur absoluten Spitzenlastabdeckung (99,9 % erbringt das Wärmepumpen-System)
beibehalten. Die Wärme wird über Pufferspeicher und ein Niedertemperatur-Nahwärmenetz verteilt. Die Wärmeabgabe in den
Gebäuden erfolgt über Fußbodenheizungen.
Bereits im ersten Betriebsjahr erzielte die Anlage eine Ersparnis
von 20.500 Euro. In rund 12 Jahren sollen sich die Investitionen
amortisieren. Die CO2-Emissionen konnten um knapp drei Viertel
oder 55 Tonnen CO2 pro Jahr reduziert werden. Bei der Planung
von Anlagen zur Abwassernutzung sind auch die Auswirkungen auf
die Effizienz der Kläranlage zu berücksichtigen. Bei dieser Anlage
kommt es zu keiner Beeinträchtigung des Kläranlagenbetriebs,

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energy innovation austria 3/2016

Abwasser mittels Wärmepumpe sowie Potenziale und rechtliche
Rahmenbedingungen zu analysieren und damit die Grundlagen für
eine Verbreitung dieser Form der Energiegewinnung in Österreich
zu schaffen. Die Untersuchungen ergaben, dass die thermischen
Nutzungsmöglichkeiten des Kläranlagenablaufs z. B. für die Klärschlammtrocknung, die Beheizung von Kläranlagenbetriebsgebäuden und auch anderer Gebäude rund um Kläranlagen und in der
Nähe von Sammelkanälen bedeutend sind. Zahlreiche Beispiele
aus dem Ausland zeigen, dass bei der Abwasserwärmenutzung
nach der Kläranlage auch Gebäude, die mehrere Kilometer entfernt liegen, wirtschaftlich versorgt werden können.
Ob die thermische Abwassernutzung an einem bestimmten
Standort technisch und wirtschaftlich machbar ist, muss jeweils
im Detail untersucht werden. Im Rahmen der Forschungsarbeiten
wurden Konzepte und Planungstools zur kommunalen Energieraumplanung entwickelt, um z. B. zu ermitteln, ob umliegende
Gebäude mit Leitungen erschlossen werden können, oder ab-

da das Abwasser bei der Kläranlage nur um ca. 0,15°C abgekühlt
wird und die Abwassertemperatur im Kanal mit durchschnittlich
22°C (im Winter) hoch ist. Die Abwasserenergieanlage wurde inzwischen adaptiert, so dass in der Übergangszeit das aus dem
Kanalwärmetauscher gewonnene Heizungswasser mit 27°C auch
direkt – also ohne Wärmepumpe – zum Heizen eingesetzt werden
kann. Die Forschungstätigkeiten werden im Projekt „Abwasserenergie“ fortgeführt. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzbarmachung vorhandener Energieressourcen aus der Kläranlage für
umliegende Wärmeverbraucher. www.abwasserenergie.at

Abwasserenergieanlage STADTwerke Amstetten:
	 Gesamtwärmebedarf ca. 230 kW
	 Max. Vorlauftemperatur Nahwärmenetz 45°C
	 Jährliche CO2-Reduktion 54,40 t bzw. 72,43 %
OCHSNER Wärmepumpe ISWS210ER2
	 Heizleistung 228 kW
	 Temperatur Energiequelle Wasser 15/10°C
	 Leistungszahl (COP) 5,4
Kanalwärmetauscher Uhrig ThermLiner
	 Gesamtlänge ca. 42 m
	 Abwassertemperatur ca. 22°C

Foto: Ochsner Energie Technik GmbH

zuschätzen, wie sich der Wärme- und Kältebedarf von Neubaugebieten entwickeln werden. Es wurde auch analysiert, ob und
wie sich der Wärme- und Kältebedarf rund um Kläranlagen mit
Neuansiedlungen, die einen ganzjährig gleichbleibenden Niedertemperaturbedarf haben (wie z. B. Gewächshäuser, Sporthallen
oder Hallenbäder), erhöhen lässt.

„Abwassersysteme stellen eine
ideale Wärmequelle für die Nutzung
mittels Wärmepumpen dar. Mit
Energie aus kommunalen Abwäs­
sern könnten insgesamt 5 % des
gesamten Wärmebedarfs von Städ­
ten aufgebracht werden. Die Tech­
nologie ist erprobt und sollte einen
entsprechenden Stellenwert bei der
ganzheitlichen Energieplanung erhalten.“

Foto: Ochsner Energie Technik GmbH

PROJEKT

Dipl.-Ing. ETH Karl Ochsner
Geschäftsführer Ochsner Energie Technik GmbH

Technologie zur Abwassernutzung
Die Wärme- und Kältenutzung des Abwassers kann vor oder nach
der Kläranlage oder auch im Gebäude selbst stattfinden. Die
Energieentnahme erfolgt entweder aus dem Kanal (ungereinigtes
Abwasser) oder im Ablauf der Kläranlage (gereinigtes Abwasser).
Für große Objekte gibt es die Möglichkeit der Direktnutzung des
eigenen Abwassers über einen Sammelschacht. Die wichtigsten
Komponenten einer Abwasserenergieanlage sind die Wärmepumpe und der Abwasserwärmetauscher. Effizienz und Wirtschaft-

lichkeit hängen von der optimalen Abstimmung dieser Elemente
ab. Für den jeweiligen Anwendungsfall müssen ein geeigneter
Abwasserwärmetauscher, eine Wärmepumpe mit optimiertem
Kältekreislauf für höchstmögliche Leistungszahlen und ein auf
den Wärmepumpenbetrieb optimiertes Heizungs- und Kühlsystem
ausgewählt werden. Wichtig ist auch die Optimierung des Temperaturniveaus schon bei der Anlagenplanung, da dies ebenfalls
großen Einfluss auf die Effizienz der Gesamtanlage hat. 

The Bat –
Die thermische Batterie im Smart Grid
in Kombination mit Wärmepumpen
Der breite, effiziente Einsatz von erneuerbaren Energien im Gebäudebereich erfordert technologieübergreifende Ansätze und
intelligente, optimierte Gesamtsysteme. ExpertInnen des österreichischen Unternehmens Heliotherm Wärmepumpentechnik
Ges.m.b.H. untersuchen in Kooperation mit Forschungspartnern
aktuell die Kombination von Wärmepumpen und gebäudeintegrierter Photovoltaik bzw. Solarthermie sowie deren intelligente,
vorausschauende (prädiktive) Vernetzung im Smart Grid.
Die Interaktionsmöglichkeiten von Wärmepumpen und PV zum
Lastausgleich und die optimierte Einspeisung ins bzw. der Bezug
aus dem Stromnetz werden dabei analysiert und entsprechende
Konzepte entwickelt. Diese basieren auf einer ausgeklügelten
Kombination und Interaktion der thermischen Speichermassen der
Gebäude, der Brauchwasserspeicher und eines nutzeroptimierten
Energiemanagementsystems auf Basis einer vorausschauenden
Regelung. Dabei werden verschiedene Referenzgebäude, Anlagen
und Regelungssysteme und ihre Interaktionen in Simulationstools
(z. B. TRNSYS, Matlab) umfassend und miteinander gekoppelt

abgebildet. Ein physikalisches
Modell einer Wärmepumpe mit
fortschrittlichen thermodynamischen Kreisläufen (Enthitzerschaltung, Dampfeinspritzung)
sowie der prädiktive ReglerAlgorithmus werden dazu entwickelt. Der Aufbau und die
Optimierung der Regler erfolWärmepumpe, Foto: Heliotherm
gen unter Berücksichtigung von
NutzerInnenverhalten, Behaglichkeitskriterien, Energieverbrauch
im Gebäude, Netzanforderungen und Wetterprognosen.
Auf Basis der Simulationen sollen verschiedene Konzepte der Speichernutzung und der direkten PV-Kopplung der Wärmepumpe zum
Lastausgleich und zur Kostenminimierung für die Referenz­
gebäude optimiert werden. Durch ein Funktions­muster werden
die direkte Kopplung von Photovoltaik und Wärmepumpe sowie
die entwickelten Regelungskonzepte getestet. 
energy innovation austria 3/2016

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VERNETZUNG

Internationale Forschungszusammenarbeit
zu Wärmepumpentechnologien
Im Wärmepumpenprogramm der Internationalen Energieagentur (IEA-HPP Heat Pump Programme) werden Informationen zu Wärmepumpen, Kältetechnik und Klimatisierung ent­wickelt
und verbreitet, um die umweltrelevanten und energetischen
Potenziale dieser Technologien in den Mitgliedsstaaten verstärkt
zu nutzen. Die österreichischen FTI-Aktivitäten im Bereich Wärme­
pumpentechnologie sind eingebettet in diese internationale
Zusammenarbeit. Die nationalen AkteurInnen nehmen an verschiedenen Technologieinitiativen teil. Die Schwerpunkte liegen
auf neuen Technologien, wie z. B. die gasbetriebene Absorptionswärmepumpe, Anwendungsmöglichkeiten für Großwärmepum-

pen in Industrie und Gewerbe sowie die Analyse von technischen
und wirtschaftlichen Voraussetzungen für den Einsatz stromgeführter Wärmepumpen zum Lastausgleich in intelligenten Netzen.
Unter anderen werden folgende Annexe von österreichischen
ExpertInnen geleitet:
	 IEA HPP Annex 35: Anwendungsmöglichkeiten für industrielle
Wärmepumpen (Leitung IWT TU Graz)
	IEA HPP Annex 42: Wärmepumpen in intelligenten Energienetzen nachhaltiger Städte (Leitung: AIT)
	IEA-HPP Annex 43: Gasbetriebene Absorptionswärmepumpen (Leitung: AIT und IWT TU Graz)

„Im Rahmen des IEA Wärmepumpenprogramms werden neue Erkenntnisse, Systeme und
Methoden für Wärmepumpentechnologien aus nationalen Forschungsprojekten zusammen­
geführt. Daraus entsteht ein großer Erkenntnisgewinn, aus dem sich erneut interessante
Fragestellungen für die Forschung ergeben. Das AIT Austrian Institute of Technology ist mit
wesentlichen Ergebnissen vor allem in den Bereichen Wärmepumpen und Smart Grids,
Industriewärmepumpen und Wärmepumpen in Fernwärmenetzen bzw. unterschiedlichen
Gebäudeanwendungen im Rahmen der IEA Plattformen vertreten.“
DI Dr. Thomas Fleckl, AIT Austrian Institute of Technology
Foto: AIT

energy innovation austria stellt aktuelle österreichische Entwicklungen und Ergebnisse aus Forschungsarbeiten im Bereich zukunftsweisender
Energietechnologien vor. Inhaltliche Basis bilden Forschungsprojekte, die im Rahmen der Programme des bmvit und des Klima- und Energiefonds
gefördert wurden. 			
www.energy-innovation-austria.at www.nachhaltigwirtschaften.at www.klimafonds.gv.at

INFORMATIONEN
NexGen – Gaswärmepumpen der nächsten Generation
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Ansprechpartner: DI Dr. Johann Emhofer
johann.emhofer@ait.ac.at
HyPump – Hocheffiziente Hybrid-Wärmepumpe zur
Wärmerückgewinnung in der Industrie
Institut für Wärmetechnik (IWT)
Technische Universität (TU) Graz
Ansprechpartner: Ao.Univ.-Prof. DI Dr. René Rieberer
rene.rieberer@tugraz.at
Energie aus Abwasser
Österreichische Energieagentur
Ansprechpartner: DI Franz Zach
franz.zach@energyagency.at
The Bat – Die thermische Batterie im Smart Grid
in Kombination mit Wärmepumpe
Heliotherm Wärmepumpentechnik Ges.m.b.H
Ansprechpartner: DI Florian Fuchs
florian.fuchs@heliotherm.com

SilentAirHP – Fortschrittliche Methoden zur Bewertung
und Entwicklung von Schallreduktionsmaßnahmen für
Luftwärmepumpensysteme
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Ansprechpartner: DI Dr. Christoph Reichl
christoph.reichl@ait.ac.at
Österreichische Technologieroadmap für Wärmepumpen
im Auftrag von bmvit und Verband Wärmepumpe Austria
Ansprechpartner:
Dr. Michael Hartl, AIT Austrian Institute of Technology GmbH
michael.hartl@ait.ac.at
Dr. Peter Biermayr, e-think
biermayr@e-think.ac.at
IEA Forschungskooperation
www.nachhaltigwirtschaften.at/iea
IMPRESSUM
Herausgeber: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie
(Radetzkystraße 2, 1030 Wien, Österreich) gemeinsam mit dem Klima- und
Energiefonds (Gumpendorferstr. 5/22, 1060 Wien, Österreich)
Redaktion und Gestaltung: Projektfabrik Waldhör KG, 1010 Wien,
Am Hof 13/7, www.projektfabrik.at
Änderungen Ihrer Versandadresse bitte an: versand@projektfabrik.at
        
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