Die effiziente Versorgung mit erneuerbaren Energien für Mehrfamilienhäuser gewährleisten

Angetrieben von der eindeutigen Dringlichkeit von Klimaschutzmaßnahmen wird in der Wissenschaft nach unterschiedlichen Wegen geforscht, fossile Brennstoffe aus der weltweiten Energiebranche zu verbannen und Kohlenstoffemissionen zu eliminieren. Damit diese Energiewende erfolgreich sein kann, ist die Versorgung von Gebäuden mit erneuerbaren Energie essentiell.

Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts TRI-HP (Trigeneration systems based on heat pumps with natural refrigerants and multiple renewable sources.) arbeitet ein Forschungsteam an maßgeschneiderten Energielösungen für Gebäude in Europa. Die anvisierten Gebäude sind Mehrfamilienhäuser mit einem Netto-Nullenergiekonzept. „Nahezu 50 % des Energieendverbrauchs in der Europäischen Union entfallen auf Heizung und Kühlung“, beschreibt der Projektmanager Dr. Daniel Carbonell des SPF Instituts für Solartechnik, Schweiz, in einem YouTube-Video. Weiterhin fügt er hinzu, dass 80 % dieser Energie in Gebäuden verbraucht wird, und betont somit die Notwendigkeit für Lösungen mit erneuerbaren Energien, wenn Europa seine Energieversorgungssysteme dekarbonisieren will. Das von Carbonell im gleichen Video beschriebene Ziel des Projekts ist es, „flexible, energieeffiziente und erschwingliche Trigenerationssysteme zu entwerfen, die Heizung, Kühlung und Strom bieten.“Im Projekt werden Systeme entwickelt, die auf elektrisch angetriebenen Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln in Kombination mit Photovoltaik basieren. Der Einsatz natürlicher Kältemittel, wie Kohlenstoff und Propan, wird die mit synthetischen Kältemitteln assoziierten Umwelt- und Sicherheitsprobleme bewältigen. „Eine der Kerninnovationen des Projekts ist der Einsatz der Unterkühlungsmethode in Kombination mit einem Solar-Eisbrei-Konzept, um dem Heizungsbedarf in Gebäuden nachzukommen“, erklärt Carbonell. Bei der Fertigung von Wärmetauschern zur Unterkühlung werden eisabweisende Beschichtungen eingesetzt, um eisfreie Oberflächen zu gewährleisten. Ein weiteres innovatives Konzept ist ein duales Erd-/Luftquellsystem, durch das es möglich ist, je nach geeigneter Verfügbarkeit zu unterschiedlichen Tageszeiten sowohl den Boden als auch die Luft als Wärmequelle bzw. -ableiter auszunutzen.

Durch den Einsatz von drei Wärmequellen, nämlich Solarenergie, Boden und Umgebungsluft, kann das System mit wertvoller Flexibilität entwickelt werden. Die Innovationen des Projekts könnten die Installationskosten im Vergleich mit aktuellen Wärmepumpentechnologien um bis zu 15 % verringern. Das Ziel ist außerdem, die Treibhausgasemissionen von Gaskesseln und Kühlern um eindrucksvolle 75 % zu senken.

Die vom Projekt TRI-HP entwickelten Wärmepumpen mit CO2 und Propan werden im Labor getestet. „Der nachfolgende Schritt wird die Erprobung dieser Technologien in echten Wohngebäuden und die Ausweitung der Entwicklung der Unterkühlungsmethode mit Eisbrei auf die Industrie sein“, meint Carbonell. Um den Großteil der Mehrfamilienhäuser in Europa abzudecken, werden die neu entwickelten Technologien sowohl in Neubauten als auch renovierten Altbauten eingesetzt.