Projektprinzip: Eine Wärmepumpenkaskade mit Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger nutzt Flüsse als Wärmequelle.
Das Forschungs- und Demonstrationsprojekt Aqva-Heat III untersucht die ganzjährige Wärmeversorgung durch thermische Nutzung von Oberflächengewässern: Durch den Einsatz von Wasser als Kältemittel könnten auch kleinere Gewässer als zukunftsfeste Wärmequelle genutzt werden. Dabei verantwortet das Fraunhofer IEG die Integration und Optimierung der Wärmepumpe im Gesamtsystem.
Das Projektteam hat nun erste Meilensteine erreicht: Die Werksabnahme der Wärmepumpe ist Anfang November 2025 in Aarhus erfolgt und die Einbindung in die Gesamtanlage erfolgte im ersten Halbjahr 2026. Nun soll das Gesamtsystem ein Jahr lang in der saisonalen Erprobung laufen. Dem Fraunhofer IEG obliegt dabei das Monitoring sowie die Analyse der Gesamtsystemeffizienz.
So erfolgt die Wärmerückgewinnung
Das Projekt Aqva-Heat III zielt darauf ab, am Beispiel einer regionalen Versorgungsinfrastruktur der Oberlausitz eine ganzjährige Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern zu realisieren. Dazu wurde ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt.
Durch die Direktverdampfung in einem Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) des je nach Jahreszeit bis zu 0 °C kalten Wassers, kann die Anlage ganzjährig betrieben werden. Weitere Vorteile sind das natürliche, ungiftige, nicht brennbare und preiswerte Kältemittel Wasser, welches durch seine hohe Energiedichte auch kleinere Gewässer erschließen kann als alternative Wärmepumpenanlagen.
Die resultierende Temperatur nach dem VFE liegt konstant bei mindestens 12 °C. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt dabei das Temperaturniveau im Anschluss auf bis zu 90 °C, um die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen. Diese Form der Wärmequellenerschließung setzt neue Akzente bei Planbarkeit, Versorgungssicherheit sowie Netzintegration und lässt sich von rund 100 kW (thermisch) bis in den Megawattbereiche skalieren. Dabei bleiben die genutzte Flusswassermenge und die eingesetzte Strommenge vergleichsweise gering.
Die Wärmepumpe eignet sich für einen Temperaturhub von 12 auf 90 °C.
Wärmepumpe mit Herausforderungen
Die Wärmepumpe hat das Projektteam speziell für die Projekte Aqva-Heat III und II konzipiert. Zentrale Merkmale sind eine zweistufige Auslegung mit einem großen Temperaturhub von 12 auf 90 °C sowie der Einsatz eines natürlichen Kältemittels (hier Ammoniak). Auch umfassende Brandschutz- und Sicherheitsanforderungen musste das Projektteam berücksichtigen, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.
Weitere wichtige Untersuchungen
Im Rahmen der Demonstration untersucht das Gesamtprojektteam auch die gewässerökologischen Folgen der Nutzung von Oberflächengewässern. Dazu überprüfen die Forschenden verschiedene Varianten der Wasserentnahme und -rückführung simulativ und experimentell.
Übergeordnet zielt Aqva-Heat III darauf, ein robustes Forschungs- und Entwicklungskonzept für das Thema „Wasser als Kältemittel“ zu etablieren. Es soll die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie stärken und regionale Kompetenzen in der Oberlausitz verankern.
Robuste, skalierbare Lösung
Das Vorhaben wird als Verbundprojekt unter der Leitung der Hochschule Zittau / Görlitz (IPM) mit dem Fraunhofer IEG und dem ILK Dresden durchgeführt. Kommunale Partner sind die Stadtwerke Zittau GmbH, die Stadtwerke Weißwasser GmbH und der Landkreis Görlitz. Fördermittelgeber sind die EU und das Land Sachsen mit insgesamt 3,7 Mio. Euro.
Das Projekt läuft seit März 2024 und soll bis Ende 2027 abgeschlossen sein. Die Kernleistung von Aqva-Heat III liegt in der nahtlosen Verknüpfung von Auslegung, automatisierter Steuerung und Feldmessung, um eine robuste, skalierbare Lösung für die Wärmeversorgung aus Wasser zu ermöglichen. Durch die enge Verzahnung aller Komponenten sollen belastbare Grundlagen für eine breit nutzbare Nah- und Fernwärmeinfrastruktur sowie praxisnahe Erkenntnisse für Planer und Betreiber entstehen.
Bei der Übernahme der Wärmepumpe dabei (v. li.): Steffen Härtelt (Hochschule Zittau/Görlitz HSZG), Thomas Gubsch (HSZG), Felix Panitz (Fraunhofer IEG), Johann Meyer-Scheffel (HSZG).
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