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 Kessel-Technologie) eine um 50–100 % höhere Effizienz erreicht werden.
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 Gasabsorptionswärmepumpe (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.
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.
Andreas Bangheri
Geschäftsführer Heliotherm Wärmepumpentechnik Ges.m.b.H
Projektergebnisse
Basierend auf Messungen nach der gültigen Norm (EN 12309) konnten für Anwendungen bei niedriger Vorlauftemperatur (35°C) bzw. hoher Vorlauftemperatur (55°C) maximale saisonale Wirkungsgrade der Gasnutzung von 167 % bzw. 152 % errechnet werden. Im speziellen Anwendungsfall der Gebäudesanierung 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.
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.