Mit CO2 gegen CO2

© Jan Reich, kaiserreichmedien

© Jan Reich, kaiserreichmedien

Im Winter gerne warm und im Sommer angenehm gekühlt, so stellen wir uns unser Zuhause und die Umgebungstemperatur an unserem Arbeitsplatz vor. Natürlich sind wir auch gewohnt, dass auf Wunsch Warmwasser zur Verfügung steht. Im Zuge der Klimaerwärmung gewinnen effiziente und klimaneutrale Anwendungen in allen Lebensbereichen immer mehr Bedeutung.

Wie kann dies effizient gelingen? Hierfür bieten sich mit sich mit CO2 befüllte Wärmepumpen an, welche in Verbindung mit Ökostrom CO2-neutral betrieben werden können. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Fluorkohlenwasserstoffen (FCKW) ist das Treibhauspotential (=1) sehr gering. Bei momentan verwendeten Kältemitteln, etwa dem R134a, ist das Treibhauspotential um den Faktor 1430 höher. Zudem lassen sich mit CO2 sehr hohe Wasservorlauftemperaturen erreichen, mit der auch Bestandsgebäude effizient beheizt werden können. Bei einem Gebäude können die CO2-Emissionen, welche durch die Beheizung und Klimatisierung anfallen, im Extremfall um den Faktor 20 reduziert werden. Die größte Herausforderung einer CO2-Wärmepumpe dabei besteht darin, dass die Anlage den höheren Drücken standhalten muss. Eine herkömmliche Anlage wird mit 24 bar betrieben, bei einer Anlage dieser Auslegung mit mindestens 120 bar. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Bauteile eine höhere Wandstärke aufweisen.

Die BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik GmbH aus Wolfschlugen und die Hochschule Reutlingen forschen gemeinsam mit der Enisyst GmbH (Pliezhausen), welche intelligente Lösungen für das Energiemanagement sowie die optimierte Steuerung von komplexen Energiesystemen entwickelt werden können.

Dieses gemeinsame Forschungsprojekt wird durch das „Zentrales Innnovationsprogramm Mittelstand“ kurz ZIM genannt, vom Bundesministerium für Wirtschaft in Höhe von 600.000 Euro unterstützt. Es geht jedoch um mehr als Kältetechnik: Durch passgenaue Simulation und deren Auswertung mit Hilfe von KI werden frühzeitige und vorrausschauende Wartungen ermöglicht und automatisch fehlerhafte Betriebszustände detektiert. Eine komfortable Fernzugriffsmöglichkeit mit Analysetool für den Betreiber der Anlage ist inkludiert. Der digitale Zwilling der Anlage meldet vor der eigentlichen Störung der Anlage, wie es bisher der Fall ist, bereits Abweichungen, die erst gar nicht zu größeren Defekten oder Ausfällen führen müssen.

Die Steuerung wird aus der konventionellen Wärmepumpensteuerung abgeleitet und auf den geforderten Funktionsumfang angepasst. In der Steuerung ist zudem die Schnittstelle für die Integration in ein sogenanntes kaltes Nahwärmenetz abgebildet. Der digitale Zwilling dieses Kältesatzes ermöglicht neben dem beschriebenen Wartungskonzept die genaue Modellierung in komplexen Energiesystemen. So auch für produzierende Unternehmen - Stichwort Heizung und Kühlung - beispielsweise in Kombination mit intelligentem Thermomanagement für den Maschinenpark.

Mit diesem Forschungsprojekt werden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Mehrfamilienhäuser, Quartierbauten und Unternehmen sollen mit der neu entwickelten Anlage versorgt und somit ein neues Geschäftsfeld erschlossen werden. Insbesondere soll diese Umstellung die Auftragseinbrüche aus der Automobilbranche substituieren. Die Aussicht, so dem Klimawandel zu begegnen ist die zweite Seite des Projektes. Sie sollen Alternativen zu fossilen Energieträgern für die Gebäudeheizung bieten bei gleichbleibendem bzw. abgesichertem Komfort, eine kundengerechte Lösung. Es handelt sich um ein kombiniertes Gerät, welches für Heizung, Kühlung und Brauchwassererwärmung verwendet werden kann. Gerade auch für Passivhäuser mit Luftheizung stellt diese CO2-Technologie in Wärmepumpen eine energetisch und ökologisch zukunftsträchtige Technologie dar.

Welche Aufmerksamkeit und Brisanz das Thema hat, lässt sich auch daran ermessen, dass sowohl die Universität Darmstadt mit einem variablen Kühler von BKW den effizienten Betrieb von Produktionsanlagen erforscht und das KIT in Karlsruhe entwickelt neue Wärmepumpentechnologien, wo ebenso eine hocheffiziente CO2-Wärmepumpe von BKW im Einsatz ist.