Ziel der Entwicklung
Entwicklungsziel ist ein thermoelektrisch betriebenes Wohnungslüftungsgerät, welches den Wärme- und anteiligen Kühlenergiebedarf eines hochwärmegedämmten Wohngebäudes durch Nutzung erneuerbarer Energien deckt, wodurch kein zusätzlicher konventioneller Heizkessel mehr benötigt wird. Hauptbestandteil der geplanten Entwicklung ist das thermoelektrische Heiz- und Kühlelement, welches aus einer Batterie aus Peltierelementen besteht, die an der Schnittstelle zwischen Zu- und Abluftvolumenstrom eines Wohnungslüftungsgerätes eingesetzt wird.
Die parallel geführten Stoffströme von Außen- und Fortluft erfüllen die Anforderung an eine ausreichende Wärmeabfuhr im Kühlbetrieb und eine hohe Quellentemperatur im Heizbetrieb. Die Temperaturdifferenz zwischen den äußeren Stoffströmen (Außen- und Abluft) ist im Kühlbetrieb ausreichend gering. Im Heizbetrieb soll eine vorgeschaltete Wärmerückgewinnung ebenfalls zu niedrigen Temperaturdifferenzen der Luftströme beitragen. Die verfügbaren thermischen Leistungen von Peltierelementen erfordern eine modulare Bauweise. Schwerpunkt der Entwicklung ist die Anordnung der Module im Luftstrom, da durch die Optimierung der Wärmeübertragung vom angekoppelten Luftsystem auf den Halbleiter, eine Minimierung der erforderlichen Temperaturdifferenzen und eine Steigerung der energetischen Effizienz erreicht wird.
Vorteile und Lösungen
Das Wohnungslüftungsgerät weist gegenüber konventionellen Nur-WRG-Geräten den Vorteil auf, auch bei sehr niedriger Außenlufttemperatur eine Zulufttemperatur von mindestens 25°C einzuhalten. Es kann dadurch als Luftheizgerät eingesetzt werden und macht in hochwärmegedämmten Gebäuden eine konventionelle Heizung überflüssig. Das Gerät erreicht unter Berücksichtigung der inneren Druckverluste und der Hilfsenergie für das Peltiermodul die höchste Wärmerückgewinnungsklasse H1 nach DIN EN 13053. Dafür verantwortlich ist auch die sehr geringe spezifische Leistungsaufnahme beider Ventilatoren. Die Leistungszahl COP liegt über der Leistungszahl von Geräten mit Zuluft-/ Abluftwärmepumpen und steigt bei niedrigeren Zulufttemperaturen noch weiter an. Folgende technische Parameter zeichnen das Gerät aus:
- geringer Gesamtdruckverlust, bei Nennluftvolumenstrom 103 Pa zuluftseitig und 119 Pa abluftseitig (spezifische Leistungsaufnahme beider Ventilatoren kumulativ nur 0,21 W/m³/h),
- Gesamtleistungszahl bei Zulufttemperatur 25°C beträgt COP = 2,93 (Temperaturdifferenz 18 K) und liegt damit über dem Marktmittelwert für Wohnungslüftungskompaktgeräte mit Wärmepumpe (COP = 2,6),
- Energieeffizienz nach DIN EN 13035 in Abhängigkeit der Ablufttemperatur zwischen 72,9 Prozent und 91,5 Prozent (Mittelwert 80,5 Prozent) erreicht höchste Wärmerückgewinnungsklasse H1 (= 71 Prozent).
Zielgruppe und Zielmarkt
Die hohe Effizienz und die Gesamtgerätekosten (Kleinserie zirka 2.500 Euro) erlauben eine wirtschaftliche Vermarktung. Erste Gespräche mit potenziellen Lizenznehmern wurden bereits geführt. Das Marktumfeld ist sehr positiv. Der deutsche Markt für die kontrollierte Wohnungslüftung wächst seit einigen Jahren sehr stark, in den vergangenen Jahren zwischen acht Prozent bis zwölf Prozent pro Jahr. Gleichzeitig ist im ersten Halbjahr 2014 ein starker Zuwachs bei Geräten mit intergierten Wärmepumpen zu verzeichnen und damit ein Trend hin zu Geräten mit höheren Komfortansprüchen und höherem Preisniveau.
Die gesammelten Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem Entwicklungsprojekt sind aufgrund eines sich in Zukunft stark verändernden Heizungs- und Strommarktes sehr wichtig. Vor dem Hintergrund der Niedrigstenergiebauweise und des Überangebotes an elektrischer Solar- und Windenergie werden strombasierte Heizsysteme deutlich an Marktzuwachs gewinnen. Hier ist es erforderlich frühzeitig die Weichen für innovative und effiziente Stromheizsysteme zu stellen, die der preiswerten elektrischen Direktheizung Konkurrenz machen können. Daher wurde bereits während der Projektlaufzeit begonnen, das Peltiermodul auch für die Nutzung in anderen Anwendungsbereichen konstruktiv entsprechend zu adaptieren und nach weiteren Marktpotenzialen zu suchen. So erscheint die Nutzung zur Nachheizung in Fensterbanklüftungsgeräten oder Elektrofahrzeugen interessant.