HM-Forschungsprojekt optimiert Brennwertnutzung an Biomassekesseln
Der Wirkungsgrad von Biomassekesseln steigt um bis zu 30 Prozent durch die
Kopplung mit einer rein thermisch angetriebenen Wärmepumpe. Dieses System
entwickelte ein HM-Forschungsteam im Projekt „BreBiSorp“. Durch die
Effizienzsteigerung trägt das Projekt zum Gelingen der Energiewende in
Deutschland bei.
München, 24. Mai 2023 – Heizanlagen, die mit Biomasse und nachwachsenden
Rohstoffen wie zum Beispiel Holzpellets oder Hackschnitzel betrieben
werden, sind eine wichtige Option für die Wärmeversorgung und damit für
die Energiewende im Wärmesektor. Der Brennstoff Holz steht nur begrenzt
zur Verfügung. Umso wichtiger ist es, ihn für die Einspeisung von Energie
in das Nahwärmenetz vor Ort möglichst effizient zu nutzen. Ein
Forschungsteam der Fakultät für Versorgungs- und Gebäudetechnik der
Hochschule München (HM) hat dazu im Projekt „Brennwertnutzung an
Biomassekesseln mittels angekoppelter Sorptionswärmepumpe“ (BreBiSorp) ein
System entwickelt, das die Brennwertnutzung für Biomassekessel optimiert.
Durch Einsatz einer thermisch angetriebenen Wärmepumpe können auch größere
Anlagen, die oftmals Wärmenetze mit höheren Rücklauftemperaturen
versorgen, von dieser Brennwerttechnik profitieren – damit erzielen sie
eine deutlich bessere Energieausbeute.
Zusätzliche Energie: Brennwertnutzung bei Biomassekesseln
Das Forschungsteam um Prof. Dr. Christian Schweigler vom
Forschungsinstitut für energieeffiziente Gebäude und Quartiere (CENERGIE)
verfolgt dazu den Ansatz der Brennwertnutzung in Verbindung mit einer
Wärmepumpe. Das heiße Rauchgas von circa 140 Grad Celsius, das nach dem
Verbrennungsvorgang aus dem Heizkessel austritt, wird auf bis zu 25 Grad
Celsius abgekühlt. Dabei wird der Taupunkt unterschritten, der Wasserdampf
kondensiert und gibt dabei Wärme ab.
Um diesen zusätzlichen Energiegewinn aus dem Abgas zu ermöglichen, müsste
die Rücklauftemperatur im Heizsystem deutlich unterhalb des Taupunkts
liegen. Viele Nahwärmenetze haben jedoch Rücklauftemperaturen um 50 Grad
Celsius. Um diese Temperaturdifferenz zu überbrücken, setzen die
Forscher:innen eine Wärmepumpe ein. Diese hebt das niedrige
Temperaturniveau an, um die aus dem Abgas gewonnene Wärme in das Wärmenetz
einspeisen zu können. „Je nach Brennstoffgehalt bewirkt unser Konzept eine
Wirkungsgradsteigerung um bis zu 30 Prozent. Damit kann gut ein Fünftel
des Biomasse-Brennstoffs eingespart werden“, sagt Schweigler.
Optimierter Einsatz der Wärmepumpe
Im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelt HM-Doktorandin Tina Hermann
eine angepasste Absorptionswärmepumpe, die eine besondere Kreislaufführung
verwendet. Die Antriebswärme für die Wärmepumpe wird aus dem
Biomassekessel abgezweigt und geht nicht für die Wärmenutzung verloren.
Der Einsatz einer Absorptionswärmepumpe ist besonders attraktiv, da sie im
Vergleich zur Kompressionswärmepumpe einen sehr geringen Strombedarf
aufweist. „Bei der aktuellen Entwicklung wird der Kreislauf der thermisch
angetriebenen Wärmepumpe nach dem sogenannten Thermosiphon-Prinzip
ausgeführt. Der Verdampfer wurde für den Betrieb mit geringen
Kältemittelmengen optimiert. Damit konnten wir auf mechanische
Umwälzpumpen innerhalb der Wärmepumpe verzichten“, sagt Hermann.
Durch den besonderen Aufbau der Wärmepumpe ist ein robuster Betrieb mit
geringem Wartungsaufwand möglich. Künftig soll diese angepasste
Absorptionswärmepumpe als Zusatzgerät Biomassekessel in großen Stückzahlen
ergänzen.
Vom Modell zum Versuchsaufbau
Nach dem Bau des Modellsystems im Labor wird im nächsten Schritt eine
Versuchsinstallation vor Ort beim Projektpartner SCHERDEL Energietechnik
in Marktredwitz aufgebaut, um den Betrieb mit einem Hackschnitzel-
Heizkessel zu erproben. Ziel des Forschungsprojektes ist es, weiter an
einer technisch und wirtschaftlich möglichst günstigen Kopplung der
Wärmepumpe für verbesserte Brennwertnutzung an Biomassekesseln zu
forschen. Ein entscheidender Beitrag zum Erreichen der energie- und
klimapolitischen Ziele in Deutschland.
(Das Projekt „BreBiSorp“ läuft von 1. Oktober 2017 bis 30. Juni 2023. Es
wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.
Projektpartner ist SCHERDEL Energietechnik GmbH.)
Gerne vermitteln wir einen Interviewtermin mit Prof. Dr. Christian
Schweigler und HM-Doktorandin Tina Hermann.
Kontakt: Constance Schölch T 089 1265-1920 oder per Mail an
