Das Forschungsteam um Prof. Dr. Christian Schweigler vom Forschungsinstitut für energieeffiziente Gebäude und Quartiere (Cenergie) verfolgt dazu den Ansatz der Brennwertnutzung in Verbindung mit einer Wärmepumpe. Das heiße Rauchgas von circa 140 Grad Celsius, das nach dem Verbrennungsvorgang aus dem Heizkessel austritt, wird auf bis zu 25 Grad Celsius abgekühlt. Dabei wird der Taupunkt unterschritten, der Wasserdampf kondensiert und gibt dabei Wärme ab.
Um diesen zusätzlichen Energiegewinn aus dem Abgas zu ermöglichen, müsste die Rücklauftemperatur im Heizsystem deutlich unterhalb des Taupunkts liegen. Viele Nahwärmenetze haben jedoch Rücklauftemperaturen um 50 Grad Celsius. Um diese Temperaturdifferenz zu überbrücken, setzen die Forscher:innen eine Wärmepumpe ein. Diese hebt das niedrige Temperaturniveau an, um die aus dem Abgas gewonnene Wärme in das Wärmenetz einspeisen zu können. „Je nach Brennstoffgehalt bewirkt unser Konzept eine Wirkungsgradsteigerung um bis zu 30 Prozent. Damit kann gut ein Fünftel des Biomasse-Brennstoffs eingespart werden“, sagt Schweigler.
Im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelt HM-Doktorandin Tina Hermann eine angepasste Absorptionswärmepumpe, die eine besondere Kreislaufführung verwendet. Die Antriebswärme für die Wärmepumpe wird aus dem Biomassekessel abgezweigt und geht nicht für die Wärmenutzung verloren.
Der Einsatz einer Absorptionswärmepumpe ist besonders attraktiv, da sie im Vergleich zur Kompressionswärmepumpe einen sehr geringen Strombedarf aufweist. „Bei der aktuellen Entwicklung wird der Kreislauf der thermisch angetriebenen Wärmepumpe nach dem sogenannten Thermosiphon-Prinzip ausgeführt. Der Verdampfer wurde für den Betrieb mit geringen Kältemittelmengen optimiert. Damit konnten wir auf mechanische Umwälzpumpen innerhalb der Wärmepumpe verzichten“, sagt Hermann.
Durch den besonderen Aufbau der Wärmepumpe ist ein robuster Betrieb mit geringem Wartungsaufwand möglich. Künftig soll diese angepasste Absorptionswärmepumpe als Zusatzgerät Biomassekessel in großen Stückzahlen ergänzen.
Nach dem Bau des Modellsystems im Labor wird im nächsten Schritt eine Versuchsinstallation vor Ort beim Projektpartner Scherdel Energietechnik in Marktredwitz aufgebaut, um den Betrieb mit einem Hackschnitzel-Heizkessel zu erproben. Ziel des Forschungsprojektes ist es, weiter an einer technisch und wirtschaftlich möglichst günstigen Kopplung der Wärmepumpe für verbesserte Brennwertnutzung an Biomassekesseln zu forschen. Ein entscheidender Beitrag zum Erreichen der energie- und klimapolitischen Ziele in Deutschland.
