Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
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KALAMARI - Kombination hybrider Anlagentechnik zur langfristigen Maximierung der Arbeitszahl von Wärmepumpen zur Raumheizung mit Hilfe von Infrarotheizungen

Wer seine Heizung auf eine Wärmepumpe umrüstet, muss oft mehr als nur den Keller umbauen, denn häufig müssen auch die Heizkörper in den Wohnräumen erneuert werden. Alte Heizkörper brauchen hohe Vorlauftemperaturen während Wärmepumpen dabei ihren Effizienzvorteil verlieren. Die Jahresarbeitszahl, der Quotient aus erzeugter Wärme und eingesetztem Strom, sinkt und die Stromkosten steigen entsprechend. Laut Techem-Verbrauchskennwerte 2022-Studie sind rund 50 Prozent der Bestandsgebäude in diesem Zustand: ohne Eingriff in die Heizflächen schlicht nicht wirtschaftlich wärmepumpentauglich.

Das Fraunhofer IBP untersucht in KALAMARI, ob die Kombination aus Grundlast-Wärmepumpe und Infrarotheizungen diesen Konflikt auflöst. Gemessen werden Energieverbrauch, Jahresarbeitszahl und thermischer Komfort in Feldtests und im Labor. 

Projektziele

Das Forschungsprojekt KALAMARI verfolgt das Ziel, hybride Heizsysteme für den Gebäudebestand unter technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen Gesichtspunkten umfassend zu bewerten und im Rahmen des öffentlich-rechtlichen Nachweises bewertbar zu machen. Im Mittelpunkt steht die Frage, unter welchen Randbedingungen sich die Kombination aus Wärmepumpe und Infrarotheizung sinnvoll einsetzen lässt und welchen Beitrag sie zur Wärmewende sowie zur Dekarbonisierung des Gebäudebestands leisten kann.

Das Projekt umfasst mehrere Arbeitsschwerpunkte:

Feldtest an zwei Labor- und zwölf Bestandsgebäuden. Energieverbrauch und Jahresarbeitszahl werden über mindestens eine vollständige Heizperiode erfasst. Herzstück sind die Zwillingshäuser des Fraunhofer IBP in Holzkirchen: baugleiche Gebäude, identische, künstliche Nutzer, nebeneinander, mit und ohne KALAMARI-System, wodurch sich Außentemperatureffekte und Störgrößen kontrollieren lassen. Diese Messungen werden durch Untersuchungen an zwölf real bewohnten Monitoring-Gebäuden ergänzt.

Komfortmessungen mit Probanden im Klimaraumlabor und in realen Gebäuden. Zu zeigen ist: Wie weit werden die Raumlufttemperaturen im Realbetrieb durch den Einsatz von flinken, auf Strahlungswärme basierenden Infrarotheizungen wirklich abgesenkt. Wie verhält sich der thermische Komfort in einer solchen, hoch instationären Raumsituation.

Normgerechte Einordnung nach DIN/TS 18599 für den öffentlich-rechtlichen Energienachweis, inklusive konkretem Anpassungsvorschlag.

KI-gestütztes Planungstool für SHK-Betriebe (Sanitär-, Heizungs- und Klimahandwerk): Raumweise Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, automatisch aus Smartphone-Aufnahmen generiert. Folgend automatische Auslegung der Heizflächen und Stücklisten als Grundlage einer automatischen Angebotserstellung.

Wirtschaftlichkeitsvergleich gegenüber konventionellen Wärmepumpenanlagen mit Vorlauftemperatur 55 °C. Zielwerte: mehr als 15 % geringere Gesamtkosten, mehr als 20 % weniger Endenergie. 

Förderfähigkeit nach BEG (Bundesförderung für effiziente Gebäude) – welche Nachweise erforderlich sind und wie ein Antrag aussehen muss.

  • Einsatzgrenzen für verschiedene Gebäudeklassen und Baualtersklassen, Schwerpunkt Altbau vor 1990
  • Modulares Schulungskonzept für Fachkräfte im SHK-Handwerk

Bei Erreichung der technischen Projektziele und Realisierung einer breiten Marktdurchdringung erwartet das Projekt ein THG-Einsparpotenzial von bis zu 8 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalenten bis 2045. Das Projekt ist ein konkreter Beitrag zur Dekarbonisierung der Gebäudeheizung und zur dringend benötigten Verbesserung der Sanierungsquote im Bestandsgebäudesektor.

Förderkennzeichen: 03EN1133E