Wärmepumpenanlage im Mehrfamilienhaus

Im Karlsruher Stadtteil Durchlach wurden in einem Wohnblock mit 20 Wohnungen die über 25 Jahre alten Niedertemperatur (NT)-Gaskessel auf eine nachhaltige und emissionsarme Wärmeversorgung umgestellt. Dafür wurde im Forschungsvorhaben „Smartes Quartier Karlsruhe-Durlach“ ein Quartierskonzept erstellt.

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugt Wärme für einen Teil der Gebäude und Strom für den Betrieb von Wärmepumpenanlagen in zwei weiteren Gebäuden. Diese Gebäude wurden mit verschiedenen Wärmepumpensystemen ausgestattet, um unterschiedliche Lösungen zu demonstrieren. In diesem Beispiel werden die Wärmequellen Erdreich und Außenluft genutzt und ein hybrides Wärmepumpen-System eingesetzt, gekoppelt mit einem Gas-Brennwert-Kessel zur Spitzenlastdeckung.

Senkung der Heizkreistemperaturen: Raumweise Heizlastberechnungen und die Prüfung der Leistung vorhandener Heizkörper ergaben eine mögliche Absenkung der Heizkreistemperatur auf 55/45 °C. Dafür wurden 11 von 115 Heizkörpern (7 Prozent) ausgetauscht und ein hydraulischer Abgleich vorgenommen.

Entwicklung Mehrquellensystem: Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden in diesem Gebäude eine Mehrquellenanlage und die notwendige Hydraulik entwickelt. Dabei wird die Umweltwärme der Außenluft und dem Erdreich über Erdsonden genutzt. Das solegeführte System ermöglicht die einzelne oder parallele Nutzung beider Quellen. Weiterhin sind Vorteile, dass Erdwärme zur Abtauung der vereisten Außenlufteinheit genutzt werden kann und die Regeneration des Erdreichs durch Wärme aus der Außenluft ermöglicht wird.

Deckungsanteil und Effizienz des hybriden Systems: Die Deckungsanteile der Wärmepumpen an der Wärmeversorgung sind durch die maximalen Temperaturen der Wärmepumpen von 63 °C limitiert. Die Auswertung der gemessenen Wärmemengen für die Jahre 2022/2023 ergibt einen Deckungsanteil für die Wärmepumpen von 77 Prozent und für den Gaskessel von 23 Prozent mit einer Jahresarbeitszahl von 3,4 für das Gesamtsystem.

Quartiers- und Contractingkonzept ermöglichen Kostenoptimierung und CO_2-Minderung: Die Wärmepumpe wird zum Teil mit Strom aus Eigenerzeugung des BHKW im Quartier versorgt. Die Wärmeerzeuger werden über ein Contractingmodell der Tochtergesellschaft Karlsruher Energieservice GmbH (KES) betrieben. Durch das Zusammenspiel der Wärmeversorgung im Quartier und die Einbindung von PV auf den Dächern wurden der Primärenergieeinsatz und die CO₂-Emissionen signifikant reduziert. Die Wärmegestehungskosten im Quartier liegen für die Jahre 2022/2023 bei etwa 9ct/kWh, die spezifischen CO₂-Emissionen bei etwa 10 kg CO₂/m² Nutzfläche.