HM-Forschungsprojekt optimiert Brennwertnutzung an Biomassekesseln
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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.
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.
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.
Hochschule München Die Hochschule München ist mit über 500 Professor:innen, 820 Lehrbeauftragten und über 18.500 Studierenden eine der größten Hochschulen für angewandte Wissenschaften Deutschlands. In den Bereichen Technik, Wirtschaft, Soziales und Design bietet sie rund 100 Bachelor- und Masterstudiengänge an. Exzellent vernetzt am Wirtschaftsstandort München, arbeitet sie eng mit Unternehmen und Institutionen zusammen und engagiert sich in praxisnaher Lehre und anwendungsorientierter Forschung. Die HM belegt im Gründungsradar des Stifterverbands deutschlandweit erneut den ersten Platz unter den großen Hochschulen und Universitäten. Neben Fachkompetenzen vermittelt sie ihren Studierenden unternehmerisches und nachhaltiges Denken und Handeln. Ausgebildet im interdisziplinären Arbeiten und interkulturellen Denken gestalten ihre Absolvent:innen eine digital und international vernetzte Arbeitswelt mit. In Rankings zählen sie bei Arbeitgeber:innen zu den Gefragtesten in ganz Deutschland. hm.edu
Hightech Agenda Dieses Forschungsprojekt wurde gefördert mit Mitteln der Hightech Agenda Bayern (HTA), einem Investitionsprogramm des Freistaats Bayern. Es stärkt die staatlichen Hochschulen Bayerns mit zusätzlichen Studienplätzen, Stellen für Professuren, für wissenschaftliches sowie nichtwissenschaftliches Personal und für Infrastruktur. Die Hochschule München fördert aus HTA-Mitteln die Forschung, Innovationen in Lehre und Transfer sowie Entrepreneurship. Schwerpunkte der Maßnahmen der HM bilden die Bereiche Digitalisierung, Künstliche Intelligenz sowie eine auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Transformation der Gesellschaft.
