Die Nutzung von Umweltwärme mit einer ölbetriebenen Wärmepumpe ist eine Zukunftsoption, um den Primärenergiebedarf zu reduzieren. Mit einer solchen Heiztechnologie wären primärenergetische Nutzungsgrade von 120 bis 130 Prozent möglich.
Im Rahmen der Technologie-Initiative der Mineralölwirtschaft wird der Gerätehersteller Bosch Thermotechnik GmbH die Konzeptstudie einer ölbetriebenen Wärmepumpe für den Ein- und Zweifamilienhausbereich erstel-len. Die Mineralölunternehmen, aws Wärme Service, Shell und Total unterstützen das vom Institut für wirtschaftliche Oelheizung (IWO) initiierte Forschungsprojekt.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Öl-Wärmepumpe mit einer thermischen Leistung von 4 bis 10 Kilowatt (kW) sowie die Konstruktion eines entsprechenden Prototyps. Neben der Nutzung der Umweltwärme über einen Luftkollektor oder eine Erdsonde würde durch schwefelarmes Heizöl mit Biokomponente ein weiterer regenerativer Energieanteil eingebunden. In einem zweiten Projektschritt ist nach Fertigstellung und Test mehrerer Prototypen der ölbetriebenen Wärmepumpe eine Feldversuchsreihe angedacht. Sie soll weitere Erfahrungswerte, vor allem über die Betriebssicherheit und Alltagstauglichkeit dieser neuartigen Anwendungstechnik für flüssige Brennstoffe liefern.
Basis des geplanten Prototyps ist eine bei Bosch Thermotechnik in der Entwicklung befindliche Gas-Absorptionswärmepumpe, die für den Betrieb mit flüssigen Brennstoffen adaptiert werden soll. Eine Absorptionswärmepumpe arbeitet nach demselben Prinzip wie ein Campingkühlschrank. Im Gegensatz zur Elektrowärmepumpe dient anstelle von Strom eine Wärmequelle als Antrieb für den Absorptionskreislauf.
Wie funktioniert solch ein Campingkühlschrank denn nun?
Im Gegensatz zu einer Wärmepumpe die mit Strom als Energiequelle betrieben wird, wird bei diesem Prozess nicht Strom, sondern Wärme eingesetzt. Diese kann durch die Verbrennung von Heizöl bereitgestellt werden. Im Falle der Öl-Wärmepumpe ist die Wärmequelle ein modulierender Ölbrenner kleiner Leistung.
Der Weg des Kältemittels in der Wärmepumpe:
Das Kältemittel Ammoniak (NH3) wird aus dem Absorptionsmittel Wasser durch Wärme (hier durch den modulierenden Ölbrenner) im so genannten Austreiber „ausgetrieben“. Das gasförmige Kältemittel gelangt dann in den so genannten Verflüssiger. Dem Kältemittel wird durch die Heizungsanlage Wärme entzogen und es verflüssigt sich. Das unter Druck stehende flüssige Kältemittel wird über ein Drosselventil entspannt und verdampft. Die für die Verdampfung benötigte Wärme wird der Umwelt entzogen. Dann wird das nun wieder gasförmige Kältemittel in den Absorber geführt und erneut vom Lösungsmittel aufgenommen. Hierbei wird Wärme freigesetzt, die von der Heizungsanlage genutzt werden kann. Das Wasser mit dem Kältemittel fließt zum Austreiber, der Kreislauf schließt sich.
Ölbrenner mit kleiner Leistung erforderlich
Maßgebliche Voraussetzung für die Realisierung der Öl-Wärmepumpe ist die Entwicklung eines modulierenden Ölbrenners mit kleiner Leistung, weil herkömmliche Ölbrenner für den Einsatz in thermischen Wärmepumpen zu groß dimensioniert sind. Die technologische Herausforderung bei der Realisierung eines solchen Kleinbrenners liegt in der Brennstoffdosierung sowie in der Aufbereitung eines homogenen Brennstoff-Luftgemischs. Für die Öl-Wärmepumpe wird hierfür ein neuartiger Ölbrenner entwickelt, dessen Leistung sich stufenlos dem Wärmebedarf anpasst. Das Verbren-nungskonzept basiert auf der „Kalte-Flammen-Technologie“, mit der flüssige Brennstoffe verdampft werden können.
Vorteile der Öl-Wärmepumpe
Aus dem thermischen Antrieb ergeben sich für ölbetriebene Wärmepumpen neben dem hohen primärenergetischen Nutzungsgrad eine Reihe weiterer Vorteile: Sie passen sich sehr schnell an den jeweiligen Wärmebedarf an. Und sie erreichen hohe Spitzentemperaturen, wie sie etwa für die Trinkwassererwärmung benötigt werden. Höhere Temperaturen erweisen sich gerade auch im Modernisierungsbereich als vorteilhaft, weil dort seltener eine auf niedrige Temperaturen ausgelegte Flächenheizung vorhanden ist. Darüber hinaus benötigen ölbetriebene Absorptionswärmepumpen einen vergleichsweise kleinen und damit auch kostengünstigeren Luft- oder Erdkollektor zur Aufnahme der Umweltwärme. Ein weiterer Vorteil ist der äußerst geräuscharme Betrieb.
Zentrale Bewertungsgröße: primärenergetischer Nutzungsgrad
Mittel- bis langfristig könnte die Zukunftstechnologie Öl-Wärmepumpe zur Verringerung des Primärenergiebedarfs im Wärmemarkt beitragen. Die üblicherweise zur Kennzeichnung der Effizienz von Wärmepumpen ver-wendete Jahresarbeitszahl (JAZ) ist als Bewertungskriterium allerdings nicht ausreichend. Denn sie berücksichtigt nicht den Energieaufwand für die Bereitstellung der Antriebsenergie (zum Beispiel Strom oder Heizöl).
Daher wird zum Vergleich der Effizienz unterschiedlicher Heizsysteme den primärenergetischen Nutzungsgrad herangezogen. Denn die Größe Primärenergiebedarf berücksichtigt neben der im Gebäude für die Wärmeversorgung benötigten Energie auch die für Förderung, Herstellung und Transport des Energieträgers aufgewendete Energie. Künftige ölbetriebene Wärmepumpen können einen primärenergetischen Nutzungsgrad von 120 bis 130 Prozent erreichen.
Der Vorteil der primärenergetischen Bewertung lässt sich an einem Beispiel verdeutlichen: Mit einem primärenergetischen Nutzungsgrad von 124 Prozent benötigt die Öl-Wärmepumpe 18.150 Kilowattstunden (kWh) Primärenergie für die Bereitstellung von 22.500 kWh Nutzwärme. Das entspricht einer JAZ von 1,36. Um denselben primärenergetischen Nutzungsgrad zu erreichen, muss eine elektrische Wärmepumpe eine JAZ von 3,3 aufweisen. Sie benötigt vor Ort zwar nur 6.720 kWh Strom. Allerdings müssen für die Erzeugung dieser Strommenge 18.150 kWh Primärenergie aufgewendet werden. Für jede Kilowattstunde Strom, die an der Steckdose ankommt, werden insgesamt 2,7 kWh Primärenergie benötigt. Dieser Primärenergiefaktor für Strom wird auch in der Energieeinsparverordnung (EnEV) angesetzt.
