Hintergrund und Motivation

Die steigenden Energiepreise, insbesondere während der Gaspreiskrise, haben zu einer verstärkten Auseinandersetzung mit alternativen Heizmethoden geführt. In diesem Kontext entstanden verschiedene experimentelle Ansätze zur Stilllegung konventioneller Gasthermen in bestehenden Gebäudestrukturen. Die Räumlichkeiten von effiziente.st dienten dabei als Testumgebung für innovative Einzellösungen in drei verschiedenen Zimmern mit insgesamt vier unterschiedlichen Geräten.

Diese Versuchsanordnung entstand primär aus dem akuten Zeitdruck heraus und stellt daher zunächst prototypische Lösungsansätze dar. Der experimentelle Charakter dieser Installationen ermöglichte es, verschiedene Anpassungen und Modifikationen zu erproben, die möglicherweise zur Entwicklung wohnungstauglicher und normkonformer Lösungen beitragen könnten.

Es ist wichtig zu betonen, dass alle hier beschriebenen Maßnahmen und Ergebnisse als vorläufige Erfahrungswerte zu verstehen sind und keineswegs als allgemein übertragbare oder garantierte Lösungen betrachtet werden sollten.

Angestrebte Ziele und mögliche Vorteile

Welche Verbesserungen könnten theoretisch mit alternativen Heizmethoden erreicht werden?

Die Motivation für diese experimentellen Ansätze basierte auf verschiedenen potentiellen Vorteilen, deren tatsächliche Realisierbarkeit jedoch stark von den individuellen Gegebenheiten abhängt:

• Potentielle Kosteneinsparungen: Je nach Energiepreisentwicklung und individueller Nutzung könnten sich unter bestimmten Umständen Einsparungen bei den Heizkosten ergeben, wobei diese stark von verschiedenen Faktoren wie Außentemperaturen, Gebäudedämmung und persönlichem Heizverhalten abhängen.
• Mögliche CO₂-Reduktion: Abhängig vom regionalen Strommix und der Effizienz der eingesetzten Systeme könnte theoretisch eine Verringerung der CO₂-Emissionen erreicht werden, wobei eine ganzheitliche Betrachtung des Lebenszyklus der Geräte erforderlich wäre.
• Erhöhte Unabhängigkeit: Eine Diversifizierung der Energiequellen könnte unter bestimmten Umständen zu einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen führen.
• Zusätzliche Kühlmöglichkeiten: Viele der erprobten Systeme bieten auch Kühlungsfunktionen, was in zunehmendem Maße relevant werden könnte.

Durchgeführte Vorarbeiten und Gebäudeoptimierungen

Welche begleitenden Maßnahmen wurden zur Effizienzsteigerung umgesetzt?

Parallel zu den Heizungsexperimenten wurden verschiedene energetische Verbesserungsmaßnahmen am Gebäude vorgenommen. Diese Maßnahmen dienen sowohl der Effizienzsteigerung als auch der Schaffung besserer Voraussetzungen für alternative Heizsysteme:

• Fenstererneuerung: Installation einer Doppelverglasung als Innenflügel der bestehenden Kastenfenster. Diese Maßnahme zielt auf eine Verbesserung der Wärmedämmung ab, wobei die tatsächlichen Einsparungen je nach ursprünglichem Zustand der Fenster variieren können.
• Innendämmung: Anbringung einer mineralischen Innendämmung auf Basis von Calciumsilikat (CaSi). Diese Lösung wurde gewählt, um Wärmebrücken zu reduzieren und die Oberflächentemperaturen der Innenwände zu erhöhen, was sich positiv auf das Raumklima auswirken könnte.
• Solarthermische Unterstützung: Installation einer Balkon-Solarthermie-Anlage zur möglichen Warmwasserunterstützung und Heizungsergänzung. Die Effizienz solcher Systeme hängt stark von der Ausrichtung, Verschattung und den lokalen Wetterbedingungen ab.
• Photovoltaik-Ergänzung: Aufbau eines PV-Balkonkraftwerks zur teilweisen Eigenstromerzeugung. Diese Maßnahme könnte unter günstigen Bedingungen zur Deckung eines Teils des durch die Wärmepumpen verursachten Stromverbrauchs beitragen.

Es ist zu beachten, dass die Wirksamkeit dieser Maßnahmen stark von den spezifischen Gegebenheiten des jeweiligen Gebäudes und den lokalen Bedingungen abhängt. Die hier beschriebenen Erfahrungen sind daher nicht ohne weiteres auf andere Objekte übertragbar.

Erprobte Energieumwandlungssysteme

Welche verschiedenen Wärmepumpen-Konzepte kommen zum Einsatz?

Im Rahmen der Versuchsanordnung wurden verschiedene Arten von Luft-Luft-Wärmepumpen bzw. Klimaanlagen mit Heizfunktion installiert und erprobt. Die Auswahl erfolgte dabei sowohl aufgrund der baulichen Gegebenheiten als auch zur Sammlung von Erfahrungen mit unterschiedlichen Systemansätzen:

• Abluft-Luft-Systeme mit Rollladenintegration: Diese Geräte nutzen die vorhandenen Rollladenkästen als Durchführung für die Luftströme. Die Integration in bestehende Baustrukturen könnte für Mieter interessant sein, da keine wesentlichen baulichen Eingriffe erforderlich sind. Allerdings sind die erreichbaren Leistungen begrenzt und stark abhängig von den Außentemperaturen.
• Konventionelle Luft-Luft-Systeme mit Rollladennutzung: Ähnlich dem ersten Ansatz, jedoch mit bidirektionalem Luftaustausch. Diese Variante ermöglicht sowohl Heiz- als auch Kühlbetrieb, wobei die Effizienz je nach Jahreszeit und Außentemperaturen schwankt.
• Split-Klimaanlagen mit Außengerät im Schacht: Diese Lösung nutzt vorhandene Licht- und Lüftungsschächte zur Unterbringung der Außeneinheiten. Die Platzierung im Schacht könnte Vorteile bezüglich Lärmemission und optischer Beeinträchtigung bieten, allerdings könnten sich auch Nachteile durch eingeschränkte Luftzirkulation ergeben.

Alle diese Systeme befinden sich noch in der Erprobungsphase, und ihre langfristige Bewährung sowie ihre Übertragbarkeit auf andere Gebäude sind noch nicht abschließend bewertet.

Mögliche Kooperationen und Dienstleistungen

Welche Formen der Zusammenarbeit könnten entstehen?

Forschungskooperation mit Herstellern: Die Räumlichkeiten und das erworbene Erfahrungswissen von effiziente.st könnten potentiell für Entwicklungspartnerschaften mit Wärmepumpenherstellern genutzt werden. Besonders interessant wäre die gemeinsame Entwicklung von Geräten, die speziell für die Herausforderungen historischer Gebäude konzipiert sind. Solche Kooperationen würden allerdings eine detaillierte Abstimmung der Ziele und eine klare Definition der jeweiligen Beiträge erfordern.

Aufgrund der bereits durchgeführten Dämmungsmaßnahmen und des Vorhandenseins von Typ 33 Heizkörpern bestehen theoretische Möglichkeiten für die Integration von Wärmepumpen in das bestehende hydraulische System. Allerdings wären hierfür Außengeräte mit besonders kompakten Abmessungen erforderlich, da die räumlichen Gegebenheiten begrenzt sind.

Als alternative Ansätze kämen möglicherweise auch andere Wärmequellen in Betracht, beispielsweise die Nutzung von Grundwasser durch Direktverdampfung, falls die geologischen und rechtlichen Voraussetzungen gegeben wären. Eine weitere Variante könnte die systematische Weiterentwicklung der Rollladenintegration für Luft-Luft-Wärmepumpen sein, da diese Lösung auch für Mieter ohne umfangreiche bauliche Eingriffe nutzbar wäre.

Entwicklung und Schutzrechte: Einige der entwickelten Ideen und Lösungsansätze wurden bereits zum Schutz beim Patentamt eingereicht. Diese könnten möglicherweise als Grundlage für weitergehende Forschungsprojekte oder Produktentwicklungen dienen, wobei entsprechende Kooperationsvereinbarungen zu treffen wären.

Beratung für Energieagenturen: Das bei effiziente.st gesammelte Erfahrungswissen könnte potentiell bei der Entwicklung von Informationskampagnen oder Beratungsangeboten zum Thema Gasthermen-Stilllegung in historischen Gebäuden eingesetzt werden. Hierbei wäre jedoch wichtig zu betonen, dass jedes Gebäude individuelle Gegebenheiten aufweist und pauschale Lösungen nicht existieren.

Datensammlung für Großwärmepumpen-Projekte

Im Bereich der großtechnischen Anwendungen beschäftigt sich effiziente.st auch mit der messtechnischen Erhebung von Betriebsdaten für Flusswasser-Großwärmepumpen. Durch kontinuierliche Temperaturmessungen des Flusswassers sowie der relevanten Systemtemperaturen werden Datengrundlagen geschaffen, die zur Abschätzung der Leistungsziffer (COP) unter realen Betriebsbedingungen herangezogen werden können.

Die so gewonnenen Messwerte könnten als Basis für Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen dienen und Investitionsentscheidungen auf eine fundierte Datengrundlage stellen. Allerdings ist zu beachten, dass die tatsächlich erreichbare Effizienz von vielen Faktoren abhängt und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Standorte sorgfältig geprüft werden müsste.

Die kontinuierlichen Messungen am Augartensteg unterstützen beispielsweise Überlegungen zu einem kaskadierten Flusswasser-Konzept, bei dem mehrere große Wärmepumpen entlang der Fernwärmeleitung gestaffelt eingesetzt werden könnten. Ob und in welcher Form sich solche Konzepte realisieren lassen, hängt jedoch von einer Vielzahl technischer, rechtlicher und wirtschaftlicher Faktoren ab.

Background and Motivation

Rising energy prices, particularly during the gas price crisis, have led to intensified exploration of alternative heating methods. In this context, various experimental approaches to decommissioning conventional gas boilers in existing building structures have emerged. The premises of effiziente.st served as a testing environment for innovative individual solutions in three different rooms with a total of four different devices.

This experimental setup arose primarily from acute time pressure and therefore initially represents prototypical solution approaches. The experimental nature of these installations made it possible to test various adaptations and modifications that could potentially contribute to the development of apartment-suitable and standards-compliant solutions.

It is important to emphasize that all measures and results described here should be understood as preliminary empirical values and should by no means be considered as generally transferable or guaranteed solutions.

Targeted Goals and Potential Benefits

What improvements could theoretically be achieved with alternative heating methods?

The motivation for these experimental approaches was based on various potential advantages, the actual feasibility of which, however, depends heavily on individual circumstances:

• Potential Cost Savings: Depending on energy price developments and individual usage patterns, savings in heating costs could potentially be achieved under certain circumstances, although these depend heavily on various factors such as outdoor temperatures, building insulation, and personal heating behavior.
• Possible CO₂ Reduction: Depending on the regional electricity mix and the efficiency of the systems used, a reduction in CO₂ emissions could theoretically be achieved, although a holistic consideration of the equipment life cycle would be necessary.
• Increased Independence: Diversification of energy sources could, under certain circumstances, lead to reduced dependence on fossil fuels.
• Additional Cooling Options: Many of the systems tested also offer cooling functions, which could become increasingly relevant.

Preparatory Work and Building Optimizations

What accompanying measures were implemented to increase efficiency?

In parallel with the heating experiments, various energy-related improvement measures were undertaken on the building. These measures serve both to increase efficiency and to create better conditions for alternative heating systems:

• Window Renovation: Installation of double glazing as an inner casement of the existing box windows. This measure aims to improve thermal insulation, although the actual savings may vary depending on the original condition of the windows.
• Interior Insulation: Application of mineral interior insulation based on calcium silicate (CaSi). This solution was chosen to reduce thermal bridges and increase the surface temperatures of the interior walls, which could have a positive effect on the indoor climate.
• Solar Thermal Support: Installation of a balcony solar thermal system for possible domestic hot water support and heating supplementation. The efficiency of such systems depends heavily on orientation, shading, and local weather conditions.
• Photovoltaic Addition: Construction of a PV balcony power plant for partial self-electricity generation. Under favorable conditions, this measure could contribute to covering part of the electricity consumption caused by the heat pumps.

It should be noted that the effectiveness of these measures depends heavily on the specific conditions of the respective building and local conditions. The experiences described here are therefore not readily transferable to other properties.

Tested Energy Conversion Systems

What different heat pump concepts are being used?

As part of the experimental setup, various types of air-to-air heat pumps or air conditioning systems with heating function were installed and tested. The selection was made both due to structural conditions and to gather experience with different system approaches:

• Exhaust Air-to-Air Systems with Roller Shutter Integration: These devices use existing roller shutter boxes as passages for air flows. Integration into existing building structures could be interesting for tenants, as no significant structural interventions are required. However, the achievable performance is limited and heavily dependent on outdoor temperatures.
• Conventional Air-to-Air Systems with Roller Shutter Usage: Similar to the first approach, but with bidirectional air exchange. This variant enables both heating and cooling operation, with efficiency varying depending on the season and outdoor temperatures.
• Split Air Conditioning Systems with Outdoor Unit in Shaft: This solution uses existing light and ventilation shafts to house the outdoor units. Placement in the shaft could offer advantages regarding noise emission and visual impairment, although disadvantages could also arise due to restricted air circulation.

All these systems are still in the testing phase, and their long-term performance as well as their transferability to other buildings have not yet been conclusively evaluated.

Possible Collaborations and Services

What forms of cooperation could emerge?

Research Cooperation with Manufacturers: The premises and acquired experiential knowledge of effiziente.st could potentially be used for development partnerships with heat pump manufacturers. The joint development of devices specifically designed for the challenges of historic buildings would be particularly interesting. However, such cooperations would require detailed coordination of goals and a clear definition of the respective contributions.

Due to the insulation measures already implemented and the presence of Type 33 radiators, theoretical possibilities exist for integrating heat pumps into the existing hydraulic system. However, this would require outdoor units with particularly compact dimensions, as space conditions are limited.

Alternative approaches could possibly include other heat sources, for example the use of groundwater through direct evaporation, if the geological and legal requirements were met. Another variant could be the systematic further development of roller shutter integration for air-to-air heat pumps, as this solution could also be usable for tenants without extensive structural interventions.

Development and Intellectual Property: Some of the developed ideas and solution approaches have already been submitted to the patent office for protection. These could possibly serve as a basis for further research projects or product developments, with appropriate cooperation agreements to be concluded.

Consulting for Energy Agencies: The experiential knowledge gathered at effiziente.st could potentially be used in developing information campaigns or consulting services on the topic of gas boiler decommissioning in historic buildings. However, it would be important to emphasize that each building has individual characteristics and that blanket solutions do not exist.

Data Collection for Large Heat Pump Projects

In the field of large-scale applications, effiziente.st is also involved in the metrological collection of operational data for river water large heat pumps. Through continuous temperature measurements of river water as well as relevant system temperatures, data foundations are created that can be used to estimate the coefficient of performance (COP) under real operating conditions.

The measurement values obtained in this way could serve as a basis for economic considerations and place investment decisions on a sound data foundation. However, it should be noted that the actually achievable efficiency depends on many factors and the transferability of results to other locations would need to be carefully examined.

The continuous measurements at Augartensteg support, for example, considerations for a cascaded river water concept in which several large heat pumps could be staggered along the district heating line. Whether and in what form such concepts can be realized, however, depends on a variety of technical, legal, and economic factors.