Im Modellprojekt Lilienhof wurde die Wärmeversorgung von 149 Altbauwohnungen auf eine Gasmotor-Wärmepumpe, einen Gaskessel und Solarthermie umgestellt. (Foto: Ingrid Scheffler / GWG Städtische Wohnungsgesellschaft München mbH)

Im Modellprojekt Lilienhof wurde die Wärmeversorgung von 149 Altbauwohnungen auf eine Gasmotor-Wärmepumpe, einen Gaskessel und Solarthermie umgestellt. (Foto: Ingrid Scheffler / GWG Städtische Wohnungsgesellschaft München mbH)

Gasmotor-Wärmepumpe versorgt Nachkriegswohnanlage in Au-Haidhausen

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik realisierte die GWG München ein Modellprojekt im Stadtbezirk Au-Haidhausen zur CO2-neutralen Energieversorgung einer Wohnanlage. Das Kernstück des neuen Heizsystems bildet eine Gasmotor-Wärmepumpe, die Grundwasser als Wärmequelle nutzt. Diese versorgt nicht nur die Niedertemperaturheizung, sondern erwärmt gleichzeitig das Trinkwasser.

Die 1955 gebaute und sanierungsbedürftige Wohnanlage im Münchner Stadtteil Haidhausen/Au umfasst vier 3- bzw. 5-geschossige Gebäude mit Kellergeschoss und nicht ausgebautem Dachgeschoss. Die 149 bestehenden Wohnungen mit zwei, drei und vier Zimmern weisen Wohnflächen zwischen 40 m2 und 65 m2 auf.

Die Bestandswohnungen waren bis zur Sanierung Anfang 2009 mit Einzelöfen beheizt - befeuert mit Kohle oder Gas. In manchen Wohnungen befanden sich Elektroheizgeräte; einige Wohnungen waren auch mit Gasetagenheizungen ausgestattet. Das Brauchwasser wurde dezentral und überwiegend mit Gasdurchlauferhitzern erwärmt.

Ziel der energetischen Sanierung von Januar 2009 bis Juli 2015 war es, einen Primärenergiebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung zu erreichen, der mindestens 50 Prozent unter dem zulässigen Wert eines Neubaus liegt. Die noch benötigte Restwärme sollte mittels erneuerbarer Energien erzeugt werden, so dass keine zusätzlichen CO2-Emissionen freigesetzt werden und somit die CO2-neutrale Energieversorgung gewährleistet wird.

Zur Zielerreichung erhielten die Fassaden ein Vakuumdämmsystem, hinzu kamen eine dreifache Wärmeschutzverglasung und die Stromgewinnung aus Photovoltaikelementen. Zur Wärmeversorgung wurde das Grundwasser als regenerative Wärmequelle erschlossen, die die Münchner Wohnanlage über eine spezielle gasmotorisch betriebene Kompressionswärmepumpe in Verbindung mit einem Spitzenlast-Gaskessel und einer Solarthermie-Anlage mit Wärme versorgt.

Rund 70% der Wärmeerzeugung sollte die Wärmepumpe abdecken. Drei in Reihe geschaltete Speicher puffern die erzeugte Wärme. Vorrang bei der Einspeisung hat die Solaranlage, gefolgt von der Wärmepumpe, da diese effizienter arbeitet als der Brennwertkessel.

Der Wärmepumpentyp zeichnet sich dadurch aus, dass sich als Wärmequelle nicht nur das Grundwasser, sondern zusätzlich auch das Kühlwasser des Motors sowie die Abgaswärme über Wärmetauscher nutzen lassen. Dadurch liefert er gleichzeitig effizient Wärme auf zwei Temperaturniveaus: für die Niedertemperaturheizung und die Warmwasserbereitung. Ein großer Vorteil gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen.

Die Wärmepumpenanlage besteht aus fünf miteinander verschalteten hydraulischen Kreisen. Der Primärkreis nutzt einen Grundwasserbrunnen als Energiequelle. Über einen Wärmetauscher ist ein Zwischenkreis eingebunden, der mithilfe einer drehzahlgeregelten Förderpumpe den Verdampfer der Wärmepumpe beschickt. Anschließend komprimiert der Verdichter das Kältemittel im Kondensator, der die gewonnene Wärme an einen Niedertemperaturkreis auskoppelt (max. 50 °C).

Ein Großteil der Wärme wird von dort direkt genutzt. Der andere Teil dient als Rücklauf für den Hochtemperaturkreis (60 bis 70 °C). Dieser wird aus der Abwärme des Motors (Kühlwasser und Abgas) gespeist. Der Motor wiederum treibt über eine direkte Kupplung den Verdichter an, daher liefern Wärmepumpe und Motor stets gleichzeitig Wärme. Der Verdichter kann mit Teillast sowie einer um 20% variablen Drehzahl betrieben werden.

Die Gasmotor-Wärmepumpe in Verbindung mit der Grundwassernutzung wurde für dieses Projekt eigens angefertigt. Aufgrund des prototypischen Charakters blieb die Leistung der Gasmotor-Wärmepumpe trotz vielfältiger Problembehebungen viele Jahre deutlich hinter den Erwartungen zurück. Energetisch konnte die Gasmotor-Wärmepumpe jedoch überzeugen: Wenn die Wärmepumpe ordnungsgemäß lief, sparte sie sogar mehr Energie ein als vorher berechnet. Verglichen mit einem Brennwertkessel arbeitet die Gasmotor-Wärmepumpe in Bezug auf den Jahresnutzungsgrad um über 60% effizienter, so das Fazit des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik.

Steckbrief:
1955 gebaute Wohnanlage mit 149 Wohneinheiten in München Au-Haidhausen

Objekt: 1955 gebaute Wohnanlage mit 149 Wohneinheiten
Ort: München Au-Haidhausen
Baujahr: 2015
Wärmepumpen-Hersteller: BLZ Geotechnik Service GmbH
Beteiligte Unternehmen: Fraunhofer IBP, GWG Städtische Wohnungsgesellschaft München mbH, Ebert-Ingenieure GmbH, Hydrosystemtechnik GmbH, ABS Architekturbüro Stocker
Anwendung: Heizen
Wärmequellen: Grundwasser , Solarthermie
Technik: Gas-Wärmepumpe
Quelle: Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN
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