Forschungsprojekt Aqva-Heat III: Fraunhofer IEG integriert Wärmepumpentechnik

(19.12.2025) Das Forschungs- und Demonstrationsprojekt Aqva-Heat III untersucht die ganzjährige Wärmeversorgung durch die thermische Nutzung von Oberflächengewässern. Das Fraunhofer IEG übernimmt dabei die Integration, Optimierung und Analyse der Wärmepumpe im Gesamtsystem. Anfang November wurde die Großwärmepumpe in Aarhus werksseitig abgenommen. Die Einbindung in die Gesamtanlage ist für das erste Halbjahr 2026 geplant; anschließend soll das System ein Jahr lang in einer saisonalen Erprobung getestet werden.

v.l.n.r.: Steffen Härtelt, HSZG; Thomas Gubsch, HSZG; Felix Panitz, Fraunhofer IEG; Johann Meyer-Scheffel, HSZG (Bild: Fraunhofer IEG/Panitz) 

Aqva-Heat III hat zum Ziel, am Beispiel einer regionalen Versorgungsinfrastruktur in der Oberlausitz eine ganzjährige Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern zu realisieren. Das entwickelte System nutzt Gewässer als Wärmequelle: Durch Direktverdampfung des je nach Jahreszeit bis zu 0°C kalten Wassers in einem Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) lässt sich ein ganzjähriger Betrieb erreichen. Nach dem VFE liegt die resultierende Temperatur konstant bei mindestens 12°C. Eine klassische, zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau anschließend auf bis zu 90°C an, sodass die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau eingespeist werden kann.

Wärmepumpenkaskade mit Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger zur Nutzung von Flüssen als Wärmequelle (Bild: ILK Dresden) 

Wasser als Kältemittel ist natürlich, ungiftig, nicht brennbar und preiswert. Aufgrund seiner hohen Energiedichte können damit auch kleinere Gewässer erschlossen werden als mit vielen derzeit am Markt verfügbaren Wärmepumpenanlagen.

Dr. Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG: „Die Kernleistung von Aqva-Heat III liegt in der nahtlosen Verknüpfung aus Auslegung, automatisierter Steuerung und Feldmessung – so wird eine robuste, skalierbare Lösung für die Wärmeversorgung aus Wasser möglich. ... Durch die enge Verzahnung aller Komponenten schaffen wir belastbare Grundlagen für eine breit nutzbare Nah- und Fernwärmeinfrastruktur – und liefern praxisnahe Erkenntnisse für Planer und Betreiber.”

Herausforderungen

Die Wärmepumpe wurde speziell für Aqva-Heat II und III konzipiert. Zentrale Merkmale sind die zweistufige Auslegung mit einem hohen Temperaturhub von 12°C auf 90°C sowie der Einsatz eines natürlichen Kältemittels (hier Ammoniak). Da der spätere Standort der Wärmepumpe eine Halle der Stadtwerke Zittau ist, mussten besondere Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden.

Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie

Im Rahmen der Demonstration untersucht das Projektteam auch die gewässerökologischen Folgen der Nutzung von Oberflächengewässern. Verschiedene Varianten der Wasserentnahme und -rückführung werden sowohl simulativ als auch experimentell geprüft. Übergeordnet zielt Aqva-Heat III darauf ab, ein robustes Forschungs- und Entwicklungskonzept für „Wasser als Kältemittel” zu etablieren, die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie zu stärken und regionale Kompetenzen in der Oberlausitz nachhaltig zu verankern.

Partner und Finanzierung

Das Vorhaben wird als Verbundprojekt unter der Leitung der Hochschule Zittau/Görlitz (IPM) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEG und dem ILK Dresden umgesetzt. Auf kommunaler Seite sind die Stadtwerke Zittau GmbH, die Stadtwerke Weißwasser GmbH sowie der Landkreis Görlitz beteiligt. Die Förderung erfolgt durch die SAB (Sächsische Aufbaubank) im Rahmen der Energie- und Klima-Förderrichtlinie des Landes Sachsen mit einem Gesamtvolumen von 3,7 Mio. Euro. Das Projekt begann im März 2024 und ist bis Ende 2027 angelegt.