BioSorB - Biomasseheizsystem mit Sorptionswärmepumpe zur Brennwertnutzung
Wärmetransformation: Wärmepumpen & Kältemaschinen
Im Rahmen des Vorhabens wird ein System zur Brennwertnutzung an Biomasseheizkesseln durch Ankopplung einer Absorptionswärmepumpe entwickelt. Die Entwicklung zielt auf Heizkessel im mittleren Nennleistungsbereich (50 kW bis 500 kW), die für die Versorgung von Nahwärmenetzen kleiner Kommunen, Quartiere oder Nachbarschaftsverbünde eingesetzt werden. Nahwärmenetze werden in der Regel mit Rücklauftemperaturen von etwa 50 °C betrieben. Damit ist eine Steigerung der Energieeffizienz durch Nutzung des Brennwerteffekts mit herkömmlicher Anlagentechnik nicht möglich, da beim direkten Wärmeübertrag vom Rauchgas der Feuerungsanlage auf den Rücklauf des Wärmenetzes wegen der hohen Rücklauftemperatur eine Taupunktunterschreitung des Rauchgases nicht erreicht werden kann. Der Einsatz der Absorptionswärmepumpe ermöglicht eine nahezu vollständige Nutzung der im Rauchgas enthaltenen Wärme und überträgt diese auf das Wärmeversorgungsnetz.
Projektbeschreibung
Auf niedrigem Temperaturniveau wird die Wärme aus der Kühlung und Kondensation des Kesselabgases auf den Verdampfer (V) übertragen. Auf hohem Temperaturniveau liefert das heiße Kesselwasser im Generator (G) den thermischen Antrieb für den Sorptionskreislauf. Auf mittlerem Temperaturniveau wird über Kondensator (K) und Absorber (A) die Nutzwärme abgegeben.
Die Brennwertnutzung bei Biomassefeuerungen ermöglicht eine signifikante Wirkungsgradsteigerung. Die erreichte Brennstoffeinsparung kann einen entscheidenden Beitrag zum Erreichen der energie- und klimapolitischen Ziele leisten. Insbesondere bei größeren Wärmeversorgungssystemen, erschlossen über Nah- und Fernwärmenetze, ist die Brennwertnutzung infolge der Netzrücklauftemperaturen über 50 °C nur eingeschränkt möglich. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine zu erwartende Wirkungsgradsteigerung von 19 % (bei einer Brennstofffeuchte 30 %) bei Integration einer Wärmepumpe, die eine Auskühlung des Rauchgases auf 25 °C erreicht. Im Vergleich dazu ist bei einer direkten Wärmeübertragung vom Kesselabgas auf den Wärmenetz-Rücklauf eine Auskühlung des Rauchgases bestenfalls auf etwa 65 °C zu erreichen, die mit einer Wirkungsgradsteigerung von nur 5 % einhergeht.
Das Anlagenkonzept sieht die Wärmepumpe als Zusatzgerät vor, das an bestehende Biomassefeuerungsanlagen angeschlossen werden kann. Die Integration der Wärmepumpe ermöglicht die energetische und wirtschaftliche Optimierung der Biomassefeuerungen und ist prinzipiell mit unterschiedlichen Biomassekessel-Fabrikaten darstellbar.
Das Wärmepumpengerät für die Brennwertnutzung kann auch in regenerativen Wärmeversorgungssystemen in gewerblichen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden und ermöglicht gerade bei der Bereitstellung von Hochtemperaturwärme für industrielle Prozesse durch kaskadierten Einsatz der Wärmepumpe eine verbesserte Brennstoffausnutzung. Durch Integration in den Abgasstrang einer Biomasse- oder Wasserstofffeuerung kann zusätzliche Wärme gewonnen werden, beispielsweise für die Gebäudeheizung und die Einspeisung in Wärmenetze.
Mehr Informationen finden Sie auf der Projektseite.
Teammitglieder
FK05 – Versorgungs- und Gebäudetechnik
CENERGIE - Forschungsinstitut für energieeffiziente Gebäude und Quartiere
TU München
Trane Klima- und Kältetechnisches Büro GmbH
BMH-Contracting GmbH
01/2025 – 12/2027
8. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, Bereich „Energiebereitstellung aus Bioenergie – energetische Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe“