Masterarbeit Patric Stefaniak

 

Ökologische Bewertung von Kompressionswärmepumpen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kältemittel

Emissionen Urheberrecht: EBC TEWI aufgeteilt in direkte, indirekte und gesamte Emissionen nach Kältemitteleinsatz in kg CO2-Äquivalent. Zusätzlich werden die Gesamtemissionen des Gasbrennwertgeräts als Vergleichsgröße aufgeführt.

Zur Erreichung der Klimaziele des Pariser Klimaabkommens ist eine Verringerung der Nutzung fossiler Energieträger in der Energiebereitstellung erforderlich. Ein großes Potential besteht in der Wärmeversorgung von Wohngebäuden. Heutzutage wird Wärme überwiegend durch konventionelle Heizsysteme bereitgestellt.

Ziel dieser Arbeit ist die ökologische Untersuchung von Wärmepumpensystemen als mögliche Alternative. Der Kältemitteleinsatz steht im Fokus der Untersuchung aufgrund zukünftiger Einschränkung fluorierter Kältemittel mit hohem Treibhauspotential.

Für einen Vergleich der ökologischen Auswirkungen unterschiedlicher Technologien sind neben den direkten Emissionen auch indirekte zu untersuchen. Dazu werden Berechnungsmethoden angewandt, die Emissionsursachen in der Wärmeversorgung eines typischen Gebäudes aus dem Gebäudebestand inDeutschland bewerten.Die Effizienz von Luft-zu-Wasser Wärmepumpen hängt vom eingesetzten Kältemittel, aber auch von weiteren Einflüssen ab.Mit einer niedrigen Effizienz geht eine erhöhte Leistungsaufnahme einher. Eine korrekte Entscheidung kann nur getroffen werden, wenn nicht nur der Energiebedarf der Wärmepumpe, sondern der Untersuchungsrahmen ganzheitlich betrachtet wird.

Zur transparenten Bewertung der Heizsysteme wird angelehnt an die Methoden Total Equivalent Warming Impact und Life Cycle Climate Performance ein Berechnungsmodell entwickelt. Es werden die Kältemittel R-410A, R-32, R-1234yf, R-290 und R-1270 im Betrieb der Luft-zu-Wasser Wärmepumpe untersucht, als Vergleichstechnologie wird die Gasbrennwerttechnik festgelegt. Die Bewertung der Ergebnisse unter Variation der Faktoren, die den Ausstoß von Treibhausgasen beeinflussen, zeigt, dass der Anteil der indirekten Emissionen dominiert. Das Treibhauspotential des Kältemittels hat im Vergleich dazu einen geringeren Einfluss auf die Gesamtemissionen. Aus der Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Parametern wird eine Hierarchie der Parameter nach ihrem Einfluss auf das Gesamtergebnis gebildet. Unter gegebenen Rahmenbedingungen wird anhand der Untersuchung das Kältemittel R-32 mit mittlerem Treibhauspotential favorisiert. Verglichen mit dem Einsatz von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotential wird eine niedrigere Treibhausgasbilanz erreicht. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass der alleinige Ersatz des Kältemittels nicht ausreicht, damit eine niedrigere Klimawirksamkeit als die des Gasbrennwertgeräts in der Wärmeversorgung des Gebäudebestands erreicht wird. Mithilfe des Berechnungsmodells kann bewertet werden, inwieweit die Emissionsintensität der elektrischen Energieversorgung herabgesetzt und die Anlageneffizienz erhöht werden muss für eine niedrigere Treibhausgasbilanz durch Einsatz von niedrig-GWP Kältemitteln.