Heizen und Kühlen in der Gebäudetechnik im kleinen Leistungsbereich

Ausgangssituation, Problematik und Motivation In den letzten Jahrzehnten wurde die Bauphysik von neuen und sanierten Gebäuden immer energieeffizienter. Bei Einfamilienhäusern mit Niedrigstenergiestandard bedeutet dies beispielsweise bei einer Bruttogeschossfläche von 150 m² eine durchschnittlich benötigte Heizleistung von 3,4 kW und kleiner. Das bedeutet, dass speziell im Neubau von Einfamilienhäusern, aber auch bei dezentralen Anwendungen im mehrgeschoßigen Wohnbau auf Niedrigstenergiestandard Wärmepumpen im kleinen Leistungsbereich fehlen, welche keine bewegten Teile im konventionellen Sinne haben und daher wartungsarm sind, dezentral einsetzbar sind und welche insbesondere keine klimarelevanten Kältemittel im Prozess benötigen. Zudem zeigten erste Versuchsmessungen anhand einer thermoakustischen Wärme-Kraft-Maschine im kleinen Leistungsbereich für die raumfahrt-technische Anwendung vielversprechende Ergebnisse. Ziele und Innovationsgehalt Ziel des Projekts Thermoacoustic_HP* ist es, unterschiedliche thermoakustische Wärmepumpen-Konzepte im kleinen Leistungsbereich (&lt,2 kWthermisch) zu erforschen, welche für die gebäudetechnischen Anwendungen Heizen, Warmwasserbereitung und Kühlen eingesetzt werden können und sich durch lange Laufzeit und geringe elektrische Leistungsaufnahme auszeichnen, welche geräuscharm, wartungsarm und umweltverträglich sind (insbesondere ohne klimarelevante Kältemittel). Der Innovationsgehalt liegt darin beschrieben, dass diese Anlagen basierend auf dem thermoakustischen Prinzip funktionieren und als Wärmepumpe für Heiz- und Kühlanwendungen einsetzbar sind. Die thermoakustischen Wärmepumpen-Konzepte sollen dabei konkurrenzfähige Carnot`sche Gütegrade besitzen. Die Eignung für gebäudetechnische Anwendungen wird durch eine neuartige Methode, nämlich der Kopplung von Versuchsträger und Gebäudesimulation im Hardware-in-the-Loop-Prinzip durch Aufprägung realitätsnaher Lasten erforscht. Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse Am Ende des Projekts Thermoacoustic_HP* stehen 3 experimentell validierte thermoakustische Wärmepumpen-Konzepte. Die experimentelle Validierung der berechneten und gefertigten Versuchsträger bringt Erkenntnisse, wie energieeffizient thermoakustische Wärmepumpen ins Gebäude für die Anwendungen Heizen, Warmwasserbereitung und Kühlen integriert werden können und welche Berechnungs- und Regelungsmethodik dafür am geeignetsten ist. Die Erkenntnisse werden für unterschiedliche Gebäudetypen, Gebäudestandards und Wärmequellen gewonnen. *Thermoacoustic_HP = Thermoacoustic Heat Pump