25. August 2022

Aalberts hydronic flow control testet thermische Batterie und Wasserstoffnetz im Freiluftlabor

Auf dem Campus der Technischen Universität (TU) Delft wird unter Realbedingungen an Möglichkeiten für die Warmwasser- und Heizwärmeversorgung ohne den Einsatz fossiler Energieträger geforscht. Aalberts hydronic flow control ist in einem der Gebäude aktiv und prüft über einen Zeitraum von drei Jahren verschiedene Alternativen zu Erdgas auf Herz und Nieren. Nach dem Einsatz der thermischen Batterie „FlexTherm Eco“ befindet sich nun ein Wasserstoffnetz im Testlauf. Das Zwischenfazit: Beide Optionen können die Umsetzung der Energiewende fördern.

Im Green Village der TU Delft befindet sich mit dem DreamHûs ein Nachbau eines Einfamilienhauses mit Standard aus den 1970er-Jahren. Das moderat gedämmte Haus erfüllt die Anforderungen der Energieklasse B und ist während des gesamten Versuchszeitraums bewohnt. So lassen sich die klimafreundlichen Energieträger unter realistischen Bedingungen testen. Mitte 2020 begann man unter Beteiligung des Unternehmenszusammenschlusses Aalberts hydronic flow control, im Dream-Hûs drei mögliche Erdgas-Alternativen zu prüfen. Den Anfang machte „FlexTherm Eco“. Dabei handelt es sich um eine kompakte thermische Batterie, die Strom direkt in Wärme umwandelt. Diese wird gespeichert und bei Bedarf abgegeben. 

Während das Gerät in den Niederlanden bereits seit einiger Zeit an verschiedenen Standorten zur Warmwassererzeugung angewendet wird, kommt es im DreamHûs erstmalig auch für das Heizen zum Einsatz. Dafür sind drei Stationen (zwei des Typs „6E“ und eine des Typs „3E“) in Reihe geschaltet. „Damit bieten wir eine große Wärmeleistung mit einem relativ einfachen Anschluss, bei dem keine zusätzliche Gruppe im Zählerkasten benötigt wird“, erklärt Ben Mureau, Projektleiter und Director Innovation bei Aalberts hydronic flow control. Jede Einheit enthält zwei Wärmeübertrager, wovon einer für das Warmwasser oder die Heizung verwendet werden kann. Der zweite Wärmeübertrager erlaubt den Anschluss an eine Wärmepumpe oder eine Photovoltaikanlage. Das Volumen der drei Batterien ist vergleichbar mit dem eines gasbefeuerten Kessels. „Weil der „FlexTherm Eco“ im Gegensatz zu einem konventionellen Heizkessel jedoch wartungsfrei ist, wird die zusätzliche Investition über die Zeit wieder reingeholt“, sagt Ben Mureau. Des Weiteren liefern die drei Batterien jeweils 13 l Warmwasser pro Minute, was einer Abgabekapazität von mindestens 170 l warmen Duschwassers entspricht.

„Der Versuch im DreamHûs beweist das beeindruckende Potenzial des „FlexTherm Eco“. Mit den thermischen Batterienschaften Wohnungsbaugesellschaften und private Hauseigentümer eine gute Grundlage für eine nachhaltige Energieversorgung. Sie können dieses Potenzial noch weiter ausschöpfen, wenn sie die Geräte mit einer Wärmepumpe oder Photovoltaik-Anlage kombinieren“, ergänzt der Projektleiter.

Europa-Premiere: Erstes Haus mit Anschluss an unterirdisches Wasserstoffnetz
Im November 2021 begann auf dem Testgelände der TU Delft der zweite Versuchsabschnitt, bei dem zum ersten Mal auf dem europäischen Festland ein Haus an das örtliche Wasserstoffnetz angeschlossen wurde, um damit die Heizwärme- und Warmwasserversorgung zu realisieren. Federführend ist hier das H₂@Home-Konsortium: ein Zusammenschluss aus Netzbetreibern, Herstellern und anderen Partnern, darunter auch Aalberts integrated piping systems und Aalberts hydronic flow control.

Der Wasserstoff im Versuchshaus wird über das unterirdische Leitungsnetz des Omgevingsdienst Haaglanden zugeführt, das grundsätzlich mit einem Erdgasnetz vergleichbar ist. Über einen individuellen Hausanschluss gelangt das Gas ins Gebäude, dessen Wasserstoffleitungen auch durch den Zählerkasten laufen. „Diese Kombination macht die Testumgebung sehr realistisch“, sagt Ben Mureau, der in dieser Versuchsphase ebenfalls leitend involviert war. Von Unternehmen der Aalberts-Gruppe stammen die Rohre innerhalb des Hauses. Drei verschiedene Leitungen laufen dabei parallel und werden nacheinander getestet. „Das Gute ist: Wir konnten weitestgehend die bestehende Infrastruktur nutzen. Lediglich am Hausanschluss waren ein paar Anpassungen erforderlich“, so Ben Mureau weiter.

Sicherheit geht vor
Um eine sichere Verwendung von Wasserstoff in der Wohnumgebung zu gewährleisten, werden im Versuchshaus mehrere Vorkehrungen getroffen: Sensoren im Wohnraum messen unter anderem Druck und Temperatur. Außerdem werden die Rohrleitungen auf Vibrationen sowie Lecks überprüft. Gelegentliche Katastrophenübungen, bei denen zum Beispiel der Ausfall des Wasserstoffkessels simuliert wird, werden ebenfalls abgehalten. Außerdem testet H₂@Home neue Module wie eine Sicherheitsvorrichtung, welche die Wasserstoffzufuhr im Falle eines Lecks sofort unterbricht. Auch wenn die ausführlichen Tests erst im Juli 2022 abgeschlossen sein werden, fällt Ben Mureau bereits jetzt ein positives Fazit: „Es gibt keinen Grund, an der Sicherheit von Wasserstoff zu zweifeln. Das Medium ist nicht gefährlicher als Erdgas. Doch während Erdgas ein Duftstoff beigemischt werden kann, damit sich Leckagen schnell bemerkbar machen, muss beim Einsatz von Wasserstoff auf andere Warnsysteme gesetzt werden. Diese erproben wir in Delft. Hier können wir lernen, wie man in einer realen Umgebung mit Wasserstoff umgeht. Die Risikoanalysen sind umfassender, als es bald notwendig sein wird.“

Versuchsphase in Vorbereitung: Vorreiterrolle für Deutschland
Im Herbst 2022 wird die dritte Versuchsphase beginnen. Dann wird im Living Lab Green Village ein Wärmeverteilsystem mit Fernwärme getestet. Dabei steht die Fragestellung im Fokus, wie man auch mit niedrigen Vorlauftemperaturen von 40 bis 50 °C zuverlässig (d. h. legionellenfrei) Trink- und Brauchwasser bereitstellen kann. „In den Niederlanden ist das Aus für Erdgas zum Jahr 2050 bereits beschlossene Sache, die Ergebnisse haben aber auch für den deutschen Markt große Relevanz und eine Vorreiterfunktion. Aus Erfahrung wissen wir, dass sich ältere Gebäude nicht immer auf eine Wärmepumpen-Nutzung umrüsten lassen. Wir brauchen weitere, praxistaugliche Alternativen. Und wir haben mehrere geprüfte und erwiesen sichere Optionen, um erdgaslos zu heizen und Warmwasser zu bereiten“, schließt Ben Mureau

So funktioniert der „FlexTherm Eco“
Die kompakte Thermobatterie funktioniert auf Basis der Wärmespeicherung in einem sogenannten Phasenwechselmaterial (Phase Change Material, kurz PCM). Dieses reagiert auf Temperaturwechsel, indem es schmilzt oder kristallisiert und dabei entsprechend Energie absorbiert oder abgibt. Als Speichermedium dient anorganisches Salz. Dieses wird mittels einer elektrischen Spule auf 70 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur ist das Salz flüssig. Wird warmes Wasser benötigt, kühlt das Salz ab und gibt dabei zur Warmwasserversorgung Wärmeenergie an den mit Wasser gefüllten Wärmeübertrager ab. Die Batterien verfügen über das Energielabel A+ (für Stillstandverluste) und sind in unterschiedlichen Dimensionen erhältlich.

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So funktioniert der „FlexTherm Eco“
Die kompakte Thermobatterie funktioniert auf Basis der Wärmespeicherung in einem sogenannten Phasenwechselmaterial (Phase Change Material, kurz PCM). Dieses reagiert auf Temperaturwechsel, indem es schmilzt oder kristallisiert und dabei entsprechend Energie absorbiert oder abgibt. Als Speichermedium dient anorganisches Salz. Dieses wird mittels einer elektrischen Spule auf 70  °C erhitzt. Bei dieser Temperatur ist das Salz flüssig. Wird warmes Wasser benötigt, kühlt das Salz ab und gibt dabei zur Warmwasserversorgung Wärmeenergie an den mit Wasser gefüllten Wärmeübertrager ab. Die Batterien verfügen über das Energielabel A+ (für Stillstandverluste) und sind in unterschiedlichen Dimensionen erhält-
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