Hintergrund
Im Rahmen des Handlungsfeldes 4 wurde im Klima-RT-Lab während der ersten Projektphase ein Konzept für eine hybride Wärmepumpe im Kinderhaus Kurrerstraße in Reutlingen entwickelt und mit Hilfe eines Ingenieurbüros umgesetzt. Das hybride System besteht aus einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe und einem Brennwertkessel, der mit Erdgas betrieben wird.
Initialisierend für diese Maßnahme war, dass der alte Gaskessel getauscht werden musste und die Stadt Reutlingen nach einer Reduzierung der CO2-Emissionen strebt sowie aufgrund der zuletzt angestiegenen Importkosten der fossilen Energieträger nach einer stärkeren Unabhängigkeit von diesen durch die Nutzung erneuerbaren Stroms. Diese Zielsetzung in Kombination mit der schwierigen Haushaltslage, welche eine vollständige Sanierung des Gebäudes nicht ermöglicht, gab den Anstoß neue Konzepte anzuwenden.
Ziel dieses hybriden Systems ist, dass die Wärmepumpe einen Großteil der Wärmeerzeugung übernimmt und somit eine möglichst hohe Dekarbonisierung bei möglichst geringen Investitionskosten umgesetzt werden kann. Im Laufe der nächsten Jahre kann eine schrittweise Sanierung erfolgen, welche den Anteil des Brennwertkessels an der Wärmeerzeugung weiter reduziert.
In der zweiten Projektphase wurde ein Monitoring der hybriden Wärmepumpe über ein halbes Jahr vorgenommen und ausgewertet. Die aufgezeichneten Daten können Sie am Ende des Beitrags als Exceldatei einsehen.
Ergebnisse des Monitorings
In Abb. 1 ist klar zu sehen, dass die Wärmepumpe (Grün) einen Großteil der Wärmeerzeugung übernimmt, während der Brennwertkessel (Orange) nur an kalten Tagen unterstützt.
Ebenfalls konnte eine CO2-Reduktion von 36% im Vergleich zu einem Austausch durch einen allein laufenden Brennwertkessel erzielt werden (siehe Abb. 2).
Diese Einsparungen konnten u.a. durch den hohen Anteil an durch die Wärmepumpe produzierter Wärme erzielt werden (siehe Abb. 3).
Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit des Klima-RT-Labs wurden die Ergebnisse für die Reutlinger Bevölkerung aufbereitet und in Form eines Plakates ausgestellt, welches ebenfalls in Kürze zum Download bereit stehen wird.
Studentische Untersuchung
Zu diesen Untersuchungen wurde ebenfalls eine Forschungs- und Entwicklungsarbeit durchgeführt, welche zum Ziel hatte, ein alternatives Betriebszeitenkonzept zu untersuchen: Es sollte eine Nachtabsenkung sowie eine Wochenendabsenkung simuliert werden. Dabei wurde besonderer Wert daraufgelegt, dass es keine Einbußen an Raumtemperaturen gibt, da die Kinder in diesen Räumlichkeiten bereits am frühen Morgen auf dem Boden spielen. In der folgenden Abbildung (Abb. 4) sind die aktuelle Zieltemperatur der Kita, welche durchgängig gehalten wird, sowie die Betriebszeiten gezeigt (Weiß hinterlegt). Weiterhin erkennt man die Schaltbefehle für das optimierte Heizzeitenkonzept.
Die Simulation ergab, dass ausschließlich durch die bedarfsgerechte Beheizung des Gebäudes eine Reduzierung des Wärmebedarfs um 14 % erreicht werden kann. In Abb. 5 und 6 sind die Erzeugung und der Verbrauch zwischen dem 01.01.-07.01.2026 als Beispielwoche zur Veranschaulichung des Effektes dargestellt.
Auf diese Weise konnte eine Steigerung des Wärmerzeugungsanteils der Wärmepumpe auf über 90% erreicht werden. Dieser Effekt resultiert daraus, dass aufgrund der tieferen Temperaturen nachts, hier überproportional der Brennwertkessel aktiv ist, welcher durch die Absenkung weniger leisten muss. Diese Ergebnisse wurden auch in einem wissenschaftlichen Plakat für die Veröffentlichung an der Hochschule Reutlingen aufbereitet, siehe unten.
Ausblick
In Zukunft ist zu empfehlen, als nächsten Sanierungsschritt des Kinderhauses eine Dachsanierung einschließlich einer Photovoltaikanlage vorzunehmen. Während die Dachsanierung den Wärmeverbrauch weiter senken kann, wird die Photovoltaikanlage das Kinderhaus mit Strom versorgen, wodurch eine weitere Dekarbonisierung durch einen höheren Grünstromanteil stattfinden kann. Gleichzeitig wird eine teilweise Entkoppelung von marktbedingten Energiepreisschwankungen erzielt, was zur langfristigen Stabilisierung der Energiekosten beiträgt.
Text, Abbildungen, Plakate & Excel-Rohdaten: Felix Schapitz/Klima-RT-LAB