Wärmepumpen – zugegeben, ein Reizwort in der heutigen Zeit. Aber was hat es eigentlich mit den Wärmepumpen auf sich, wie funktionieren sie? Woher kommen die erneuerbaren Energien? Der Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik erforscht Schlüsseltechnologien für die Wärmewende und informiert.
Für nachhaltige Energiesysteme müssen Wärme- und Stromversorgung gemeinsam geplant werden. Auf Gebäudedächern kann Strom zum Beispiel produziert und im Gebäude darunter direkt genutzt werden. Industrie, Handel und private Haushalte werden optimalerweise gemeinsam betrachtet, um Energie-Engpässe frühzeitig zu erkennen. Der Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik der RWTH Aachen optimiert und erforscht laufend Energiesysteme in Gebäuden, Wärmepumpen sowie Wärmenetze.
Maximal nachhaltig
In vielen Gebäuden können Wärmepumpen alte Heizkessel ersetzen. Damit eine Wärmepumpe möglichst effizient läuft und der Betrieb maximal nachhaltig ist, muss ihre Größe sowie die Gebäudetemperatur einander angepasst sein. Es gilt, den besten Kompromiss aus Anschaffungs- und Betriebskosten zu finden. Im „Urban Energy Lab 4.0 – Kältemittellabor“ wird an all dem und noch viel mehr geforscht.
Zur Erreichung maximaler Effizienz und minimaler Emissionen sollte eine Wärmepumpe viel Wärme erzeugen, wenn die Temperatur der Wärmequelle (Sonne) möglichst hoch und die Temperatur des Heizkreises möglichst gering ist. Durch einen vorausschauenden Betrieb und intelligente Speicherbeladungen werden Wärmekosten gesenkt und erneuerbare Energie genutzt.
Kalte Wärmenetze für Quartiere
Eine Option für die nachhaltige Wärmeversorgung sind kalte Wärmenetze. Die Basis für kalte Wärmenetze bilden Wasser-Wasser-Wärmepumpen, die die notwendige Temperatur für Heizungssysteme und Trinkwarmwasser erzeugen. Sind also viele Gebäude innerhalb eines Wohnviertels an ein solches Wärmenetz angeschlossen, kann ein optimaler energetischer Ausgleich innerhalb des Quartiers erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung der gleichen Netzinfrastruktur zum Heizen und zum Kühlen. Zu diesem Zweck werden in der Regel zwei Rohrleitungen auf mindestens einem warmen und einem kalten Temperaturniveau betrieben. Durch die Nutzung von Geothermie, Solarthermie und Außenluftwärmepumpen kann die Wärme- und Kälteversorgung nahezu vollständig defossilisiert werden. Auch Abwärme aus Abwasser, Flusswasser oder Rechenzentren ist nutzbar.
Die Versorgungsinfrastruktur will flexibel geplant sein: Am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik werden zeitliche Verläufe von Wärme- und Kältebedarfen erforscht. Das Reallabor der Energiewende „TransUrban.NRW“ will die erforschten Technologie in die Praxis bringen. Ein interdisziplinäres Konsortium aus Energiesystemanbietern, Start-ups und Wissenschaft deckt dabei sämtliche Schritte von der Planung bis zum Betrieb ab.
