Die Wärmepumpe ist eine beachtenswerte Maschine: Sie ist in der Lage den Energieeinsatz um das bis zu 6-fache in Heizungswärme umzuwandeln. Ein kleiner Wermutstropfen haftet jedoch an der sonst sehr ausgereiften und ruhigen Betriebsweise: An den kältesten Tagen sinkt ihr Wirkungsgrad (COP = Coefficient of Performance) insbesondere bei den zahlenmäßig am weitest verbreiteten Luft/Wasser Geräten erheblich, einhergehend mit hohem Verbrauch an elektrischem Strom, dessen Herkunft in diesen Zeiträumen ohnedies kaum aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden kann. Zweifelsohne ein Grund dafür, dass die Wärmepumpe bei extremen Witterungsbedingungen oft von einer weiteren Heizungsquelle unterstützt wird, beispielsweise von elektrischen Heizstäben, Gasthermen, Öl- oder Pelletskesseln. Diese Zusatzeinrichtungen nützen jedoch nicht die Vorteile der Wärmepumpe im vollen Umfang und reduzieren den Einsatz von Primärenergieträgern nur im überschaubaren Ausmaß. Gemeinsames Merkmal all dieser Lösungen ist der Ausfall der Wärmeproduktion bei Stromausfall mit allen Folgen daraus.
Was im größeren Leistungsbereich unter den Begriffen Gasmotorwärmepumpe oder motorbetriebene Wärmepumpe seit langem bekannt ist, wird in Zukunft auch bei kleineren Heizungsanlagen für Wohnungen und Einfamilienhäuser funktionieren. Gemeint ist der wahlweise Antrieb einer Wärmepumpe mit elektrischer Energie wie bisher und alternativ mit unserem innovativen Gen70G(L) Aggregat, das mit Erdgas, Flüssiggas oder mit biogenen Brennstoffen betrieben wird. Das Aggregat stellt neben der mechanischen Leistung für den Verdichter auch Wärmeleistung aus seinem Kühlkreislauf zur Verfügung und unterstützt somit die Wärmepumpe im Sinne einer kleineren Temperaturspreizung. Es ist bekannt, dass diese Betriebsart bis zu 60 % mehr Wärme aus dem eingesetzten Brennstoff bereitstellt. Dass das gleiche Aggregat nicht nur die Heizungsanlage selbst, sondern auch elektrische Verbraucher im Haus mit Strom versorgen kann, öffnet die Aussicht auf eine neue Qualität bei der Heizungstechnik und lässt jeden Eigenheimbesitzer entspannt auf die gefürchteten Blackout- Szenarien blicken.
Brennstoffwärme unterstützt wirksam die Umweltwärme
Der Synergieeffekt zwischen Wärmepumpe und dem neuen Aggregat ist leicht erklärt. Wärmepumpen erzielen bei kleinen Temperaturdifferenzen eine hohe Effizienz, die jedoch bei Außentemperaturen unter 0 Grad Celsius rasch absinkt. Insofern macht es Sinn, die Wärmepumpe in frostfreien Zeiten aus dem Stromnetz zu speisen oder besser noch mit Unterstützung durch eine gegebenenfalls vorhandene PV-Anlage. Bei tiefen Außentemperaturen kann der Stirlingmotor mit dem Verdichter der Wärmepumpe gekoppelt werden. Dabei summiert sich die Kühlleistung des Stirlingmotors mit Ausgangsleistung der Wärmepumpe, worauf aus 100 % Brennstoffeinsatz bis zu 160 % Heizleistung geerntet werden kann. So erhöht sich beispielsweise eine Brennstoffleistung von 5 kW für den Betrieb der Stirlingmaschine auf eine Heizleistung von 8 kW. Ein Wert, der zur Beheizung von Niedrigenergiehäusern oder Etagenwohnungen ausreicht. Dass dieselbe Wärmepumpe auch zur Kühlung der Räume verwendet werden kann, ist Stand der Technik und sicherlich ein starkes Argument für voll klimatisierte Lösungen.
Der robuste Stirling-Dauerläufer weist jedoch noch einen weiteren Vorteil auf. In den Heizpausen ist sein integrierter Stromgenerator in der Lage, eine Pufferbatterie zur Versorgung der gesamten Heizanlage und weiterer sensibler Verbraucher zu laden. Dieser Betriebsmodus ist insbesondere bei Netzausfall von unschätzbarem Wert und schafft darüber hinaus vielfältige Einsatzmöglichkeiten bei netzfernen Insellösungen. Dazu gehören auch mobile Anwendungen, beispielsweise die Versorgung parkender Transit LKW mit Wärme, Kühlung und Strom.
Zügige Serienreife nach Abstimmung der Schnittstellen
Frauscher Motors hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Stirling-Generatormodulen spezialisiert. Weitere Forschungsschritte im Bereich der Wärmepumpen oder Klimakompressoren im eigenen Haus wären angesichts der aktuell hohen Produktreife in vielen Unternehmen völlig unangebracht. Da die Schnittstelle zwischen Stirling-Generator und Verdichter-Einheit lediglich aus einer schaltbaren elektrischen Verbindung besteht, können nach Abstimmung der Leistungsparameter marktgängige Komponenten – beispielsweise Scroll-Verdichter, angetrieben von bürstenlosen Synchronmotoren – zur Ankopplung eines Klimakompressors an die Stirlingmaschine verwendet werden.
gez. Josef Fauscher, 10.10.2023
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