Wärmewende Innovation: Thermoelektrische Wärmepumpen – energieeffiziente Lösung fürs Raumklima

25.08.2026 – Energieeffiziente Gebäudetechnik ist ein Schlüssel zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Ein Forscherteam der FH Aachen hat eine innovative Wärmepumpentechnologie entwickelt, die hier ansetzt: Eine thermoelektrische Abluftwärmepumpe, die Lüftungsanlagen mit Heizung und Kühlung kombiniert. Das System nutzt thermoelektrische Elemente und zeichnet sich durch Effizienz, Kompaktheit und einfache Integration aus.

Wie ist die Idee für Ihre thermoelektrische Abluftwärmepumpe entstanden?

Prof. Dr. Bernd Döring: Thermoelektrische Elemente (TE) sind spannende Bauteile – sie verknüpfen Phänomene der Festkörperphysik mit Wirkungen, die in der Gebäudetechnik von Interesse sind, also energieeffizientes Heizen und Kühlen. Im Laufe meiner wissenschaftlichen Tätigkeit haben wir wiederholt Untersuchungen dazu angestellt. In dem Forschungsprojekt Flexible Module in Holzbauweise (FlexiMoH) der FH Aachen zum modularen Bauen war jetzt ein Anwendungsfall gegeben, bei dem die Vorzüge dieser Technik – zum Beispiel eher kleine Leistungen, geringe Baugröße sowie Geräusch- und Schwingungsfreiheit – zum Tragen kommen. Die energetische Effizienz liegt zwischen einer Stromdirektheizung – die aber nicht kühlen kann – und einer konventionellen Wärmepumpe.

Markus Hagenkamp: Das Prinzip ist bereits gut etabliert: Zum Kühlen werden thermoelektrische Elemente zum Beispiel in Camping-Kühlboxen eingesetzt, das funktioniert seit Jahrzehnten problemlos: klein, leise und simpel. Für uns war es naheliegend, dieses Kühlschrankprinzip in kleinerem Maßstab auf eine Wärmepumpenlösung zu übertragen. Immer dann, wenn sich eine große Wärmepumpe nicht lohnt, beispielsweise in effizienten Neubauten oder modularen Gebäuden, könnte unsere Erfindung zum Einsatz kommen.

Tobias Blanke: Im Rahmen des Forschungsprojektes FlexiMoH hatten wir jetzt den Bedarf nach einer solchen Wärmepumpe mit sehr geringer Leistung: Holzbaumodule für Schulen, Büros oder Wohnheime sollten energieeffizient versorgt werden. Daher kamen wir auf die Idee, statt einer Verdichter-Wärmepumpe hier thermoelektrische Elemente einzusetzen. Ebenso wie klassische Wärmepumpen trennen sie Wärme und Kälte unter Einsatz elektrischer Energie, nur mit einem völlig anderen physikalischen Prinzip und in deutlich kleinerem Maßstab. Das hat uns ermöglicht, kompakte, modulare Systeme zu entwickeln, die sich ideal für kleine Anwendungen eignen.

Was ist das Besondere an der Erfindung? Welche Vorteile bietet diese Wärmepumpe?

Prof. Dr. Bernd Döring: Wir haben es geschafft, mehrere thermoelektrische Elemente zu einer effizienten Wärmepumpe zu kombinieren. Im Kontext der Gebäudetechnik gab es dabei für uns folgende Herausforderungen: Um eine optimale Energieeffizienz zu erreichen, muss die Temperaturdifferenz über dem eigentlichen TE möglichst klein sein. Sie reagieren diesbezüglich kritischer als normale Wärmepumpen. Gleichzeitig wird auf kleiner Fläche viel Wärmeenergie transportiert, sodass beim Abtransport der Wärme über Wärmeleitung trotz guter Wärmeleiteigenschaften von zum Beispiel Aluminium schnell nennenswerte Temperaturdifferenzen auftreten. Hier setzen jetzt die wesentlichen Innovationen unserer Lösung an: Verschalten mehrerer TE nach dem Gegenstromprinzip, um über dem einzelnen Element die Temperaturdifferenz zu reduzieren, dann Komponenten zur verbesserten Wärme- beziehungsweise Kälteabfuhr über sogenannte Heatpipes oder einen Wasserkreislauf und schließlich die mikrocontroller-basierte Ansteuerung der einzelnen TE, um diese in ihrem jeweiligen Bestpunkt zu betreiben.

Markus Hagenkamp: Kombiniert man all diese kleinen Kniffe und optimiert zusammen mit einem Industriepartner noch das Systemdesign, dann sehen wir unsere Erfindung als echte Alternative für die Fälle, in denen aktuell Stromdirektheizungen oder sogar fossil betriebene Brenner mit eher geringer Leistung eingesetzt werden.

Tobias Blanke: Die Abluftwärmepumpe kombiniert Heizen, Kühlen und Lüften in einem kompakten Gerät. Sie arbeitet leise, effizienter als eine reine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sowie Nacherhitzung und erlaubt eine unkomplizierte aktive Temperierung. So lassen sich Räume nicht nur im Winter energiesparend beheizen, sondern im Sommer auch angenehm kühlen – ganz ohne aufwendige Kältetechnik.

Wo sehen Sie die Hauptanwendungsfelder Ihrer Technologie?

Prof. Dr. Bernd Döring: Ein Anwendungsfeld wird das modulare Bauen sein, wo konventionelle Kleinklimageräte schon zu groß sind und darüber hinaus durch Geräusche stören. Weiterhin sehen wir die raumbezogene Lüftung und Temperierung in konventionellen Gebäuden, wenn auf eine zentrale Wärme- und Kälteerzeugung verzichtet werden soll. Die Energieeffizienz ist besser als bei einem elektrischen Nachheizen der Zuluft und der Komfort ist besser als bei einem ungekühlten Gebäude.

Tobias Blanke: Die Abluftwärmepumpe kann bestehende Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und Nacherhitzern ersetzen. Damit wird nicht nur der Energieverbrauch reduziert, sondern auch eine aktive Kühlung möglich – ideal für die Klimatisierung einzelner Räume oder kleiner Gebäude.

Markus Hagenkamp: Wir sind da aber grundsätzlich offen und freuen uns über pragmatische Ideen. Wärmepumpen sind ein Zukunftsmarkt und das Potenzial, ineffiziente und klimaschädliche Verbrennungstechnologien zu ersetzen, ist in vielen Feldern enorm. Wenn wir mit unserer Forschungsarbeit dazu beitragen können, tun wir das gern und mit lösungsorientiertem Erfindergeist.

Wann wurde Ihnen klar, dass Sie Ihre Erfindung schutzrechtlich sichern müssen? War das Thema Patente für Sie Neuland oder hatten Sie bereits Erfahrung damit?

Prof. Dr. Bernd Döring: Für mich ist es die dritte Patentanmeldung, davon sind zwei mit der Unterstützung von PROvendis erfolgt. Ich würde jedoch nicht von einem "Müssen" sprechen, es ist eher ein Abwägen – dafür spricht die Chance auf ein vermarktbares Produkt, dessen Grundidee nicht mehr einfach kopiert werden darf, außerdem so etwas wie Reputation im Bereich Forschung und Entwicklung. Als Gegenargument ist der zeitliche Aufwand und die Verzögerung zu sehen sowie die Kosten, ohne dass gesichert ist, dass ein Rückfluss erfolgt.

Markus Hagenkamp: Es entspricht nicht direkt dem Forschungsideal, gute Ergebnisse „geheim zu halten“. Wir wollen schließlich, dass möglichst viele von unseren Erkenntnissen profitieren. Das hat mich persönlich zögern lassen, aber am Ende sind wir zu dem Schluss gekommen, dass wir die Entwicklung weitertreiben und begleiten möchten. Ein Patent verleiht hierbei Sichtbarkeit, zeigt aber auch, dass die Erfindung schon einer kritischen Prüfung standgehalten hat.

Tobias Blanke: Das Thema Patente war für mich komplettes Neuland. Es waren unsere ersten Entwicklungen, bei denen wir das Potenzial für eine kommerzielle Verwertung gesehen haben. Daher war es für uns besonders spannend zu erleben, wie aus einer Forschungsarbeit eine tatsächlich marktfähige Technologie entstehen kann.

Welche Unterstützung haben Sie durch PROvendis erfahren?

Tobias Blanke: PROvendis hat uns bei der gesamten Patentanmeldung organisatorisch begleitet – von der Vorbereitung über die Anmeldung bis hin zur Veröffentlichung. Außerdem haben wir wertvolle Unterstützung bei der Bewertung des Marktpotenzials und bei der Suche nach Partnern für die Weiterentwicklung und Verwertung erhalten.

Prof. Dr. Bernd Döring: Durch die Mitwirkung von PROvendis konnten die oben genannten Argumente gegen eine Patentanmeldung deutlich abgeschwächt werden, sodass wir insgesamt mit dem eingeschlagenen Weg zufrieden sind.

Wie geht es jetzt weiter? Was sind die nächsten Schritte auf dem Weg zur Markteinführung Ihrer Erfindung?

Prof. Dr. Bernd Döring: Wir suchen einen Industriepartner aus dem Bereich dezentraler Lüftungstechnik, um unser Konzept in den Markt zu bringen. Darüber hinaus sind wir seit diesem Jahr Mitglied einer europäischen COST-Action, die sich genau zum Thema thermoelektrische Elemente gebildet hat, um darüber in den Austausch beispielsweise über verbesserte Halbleitermaterialien zur Effizienzerhöhung zu kommen.

Markus Hagenkamp: Hier zählen wir klar auch auf die Hilfe der PROvendis, damit wir mit der Energiewende mithalten und möglichst bald einen weiteren Schritt Richtung Marktreife gehen können.

Tobias Blanke: Derzeit arbeiten wir daran, die Systeme weiter zu optimieren und mögliche Industriepartner zu gewinnen, die unsere Technologien zur Marktreife führen können. Das Potenzial ist groß – insbesondere im Hinblick auf kompakte, dezentrale und energieeffiziente Gebäudetechnik.

Weitere InformationenWebsite FH Aachen und Technologieangebot Thermoelektrische Abluftwärmepumpe Als zentraler Dienstleister des Verbunds innovation2business.nrw bietet PROvendis interessierten Unternehmen die Möglichkeit der Lizenzierung sowie der Weiterentwicklung dieser Technologie in Zusammenarbeit mit den Erfindern der FH Aachen an.