Batterie geht auch thermisch

Flamcos thermische Batterie „FlexTherm Eco benötigt“ lediglich einen 230-Volt-Anschluss. Ideal ist es, wenn er Strom aus einer PV-Anlage tanken kann.
Quelle: Flamco

Wärmepumpen gelten als umweltfreundlich und sparsam im Betrieb – zumindest bei oberflächlicher Betrachtung. In der Praxis müssen bestimmte Voraussetzungen gegeben sein, damit die Jahresarbeitszahl im grünen Bereich liegt und die Anlagen nicht unnötig viel Strom verbrauchen. „Entscheidend dafür ist vor allem eine niedrige Vorlauftemperatur der Heizung von idealerweise weniger als 40 °C“, sagt Stephan Henk, Projektmanager bei Flamco, einer Marke der Aalberts hydronic flow control. „Das lässt sich im Altbau jedoch nur schwer realisieren – insbesondere dann, wenn Heizkörper statt einer Flächenheizung vorliegen.“ Eine Umrüstung ist mit immensem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Wenn jedoch Niedrigenergieheizkörper verbaut sind, kann eine Wärmepumpe im Bestand unter gewissen Umständen effektiv eingesetzt werden.

Thermische Batterie für das Warmwasser

Für den Einsatz von Wärmepumpen auch im Altbau empfiehlt Stephan Henk ein hybrides System: „Während die Wärmepumpe die Heizwärme besorgt, übernimmt eine weitere Energiequelle die Bereitstellung von Trinkwarmwasser“, erklärt er. So schreibt die Trinkwasserverordnung in Deutschland zum Schutz vor Legionellenbildung vor, dass Warmwasseranlagen so konzipiert und betrieben werden müssen, dass das Wasser an den Entnahmestellen in angemessener Zeit eine Mindesttemperatur von 55 °C erreicht. Wärmepumpen sind grundsätzlich in der Lage, diese Temperaturen zu erzielen – allerdings nicht auf eine effiziente und komfortable Art und Weise. Bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen zum Beispiel kann das Aufheizen von Warmwasser zum Duschen länger dauern als bei anderen Warmwasserbereitungssystemen, gleichzeitig verbraucht es enorm viel Energie.

Mit dem PCM-Speicher (Phase Change Material) „FlexTherm Eco“ kann das Trinkwarmwasser effizient gemäß Trinkwasserverordnung auf 55 °C erhitzt werden.
Quelle: Flamco

Als Ergänzung zu einer Wärmepumpe, welche die Heizwärme abdeckt, bietet sich beispielsweise der „FlexTherm Eco“ von Flamco an. Die thermische Batterie funktioniert auf Basis der Wärmespeicherung in einem sogenannten Phasenwechselmaterial (Phase Change Material, kurz PCM), in diesem Fall einem anorganischen Salz, welches patentiert ist. Dieses reagiert auf Temperaturwechsel, indem es sich verflüssigt und dabei Energie aufnimmt. Ein Heizelement erhitzt das PCM auf 58 °C. Bei dieser Temperatur verflüssigt sich das Material. Wird warmes Wasser benötigt, härtet das Salz aus und gibt dabei die vorher aufgenommene thermische Energie über einen Wärmetauscher ab. Die Warmwasserbereitung erfolgt somit nur bei Bedarf. Ein regulärer 230-Volt-Anschluss genügt dafür. „Ideal ist es natürlich, wenn der „FlexTherm Eco“ Strom aus einer Photovoltaik-Anlage tanken kann und durch einen externen Energiemanager geregelt wird. Dann erfolgt die Warmwasserbereitung komplett CO₂-neutral“, sagt Stephan Henk. Flamco ist mit mehreren Wärmepumpen-Herstellern in Gesprächen, verschiedene Lösungen befinden sich bereits im Test.

Altbau ist nicht gleich Altbau

„Damit eine Wärmepumpe in Altbauten sinnvoll ist, muss das Gebäude mindestens einen KfW-Standard von 65 bis 70 aufweisen oder bis dorthin ertüchtigt werden können. Das kann bei Bauten etwa aus der Gründerzeit mitunter schwierig werden – und auf jeden Fall sehr teuer“, gibt Stephan Henk zu bedenken. Bei Häusern jüngeren Datums dagegen müssen es nicht gleich aufwendige Maßnahmen wie das nachträgliche Dämmen von Fassade und/oder Dach sein – auch bereits mit kleineren Eingriffen lassen sich Gebäude erheblich energetisch optimieren. „Eine gute Druckhaltung ist ebenso wichtig wie die Durchführung des hydraulischen Abgleichs“, weiß Henk. Das „AutoSar-System“ von Comap, einer weiteren Produktmarke der Aalberts hydronic flow control, ist dafür beispielsweise ein geeigneter Helfer: Das dynamische Thermostatventil vereint zwei Funktionen: zum einen die eines Standard-Thermostatventils, zum anderen die eines Durchflussbegrenzers. „Durch seinen Einsatz wird sichergestellt, dass die Durchflussmenge jedes Heizkörpers im optimalen Bereich bleibt, und das unabhängig vom schwankenden Differenzdruck“, erklärt Stephan Henk. „Darüber hinaus wird durch die Integration des Durchflussbegrenzers direkt in das Thermostatgehäuse oder das Hydraulikmodul der Abgleich des gesamten Systems erleichtert, was dessen Leistung optimiert.“ Eine Lösung für den Einsatz im Altbau ist ein hybrides System: Dabei besorgt die Wärmepumpe die Heizwärme, während eine andere Energiequelle (hier der PCM-Speicher in der Küchenzeile) die Bereitstellung von Trinkwarmwasser übernimmt.
Quelle: Flamco

Das gesamte System energetisch optimieren

Ferner beschränken Luft und Gase im Heizkreislauf den effizienten Betrieb einer Anlage. Sie beeinflussen auch die Strömungsverhältnisse, was den hydraulischen Abgleich erschwert. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, auch in kleineren Systemen einen Entgaser einzusetzen. Doch bei herkömmlichen Entgasern, die sich das Henry-Gesetz zunutze machen, befreit erst die ansteigende Temperatur das Wasser zunehmend vom enthaltenen Gas. „Das ist bei Anlagen, die mit einer niedrigen Vorlauftemperatur arbeiten, natürlich kontraproduktiv“, so Henk. Flamco hat hierzu den den „VacuStream“ entwickelt, ein kompakt gebauter und geräuscharmer Entgaser für kleinere Anlagen (Kapazität von bis zu 500 l) und für niedrige Primärtemperaturen. Durch seinen großen Temperaturbereich (-5 bis +65 °C) funktioniert der „VacuStream“ sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen. Er entgast das Anlagenwasser nach einem festen Zyklus, indem in einer Teilmenge des Anlagenwassers ein Vakuum erzeugt wird. Die dabei freigesetzten Luftblasen steigen an die Oberfläche und werden am oberen Ende über den automatischen „Flexvent Schwimmerentlüfter“ schnell und effektiv abgeführt.

Luft und Gase beschränken den effizienten Betrieb einer Heizungsanlage. Speziell für solche mit niedrigen Primärtemperaturen hat Flamco den „VacuStream“ entwickelt.
Quelle: Flamco

Altbauten lassen sich in vielen Fällen schon mit kleinen Maßnahmen erheblich energetisch optimieren. Das „AutoSar-System“ von Comap sorgt unabhängig vom Differenzdruck dafür, dass die Durchflussmenge jedes Heizkörpers konstant bleibt.
Quelle: Flamco

Altbauten lassen sich in vielen Fällen schon mit kleinen Maßnahmen erheblich energetisch optimieren. Das „AutoSar-System“ von Comap sorgt unabhängig vom Differenzdruck dafür, dass die Durchflussmenge jedes Heizkörpers konstant bleibt.

Quelle: Flamco

In Altbauten seien zudem vermehrt noch Raumregelungen installiert, die man durch witterungsgeführte Steuerungen ersetzen sollte, um effizienter zu heizen. Stephan Henk merkt an: „Man kann jedoch vom Otto-Normal-Verbraucher nicht erwarten, dass er das Wissen über solche Mittel mitbringt. Hier ist die Beratungskompetenz seitens der Installationsbetriebe gefragt. Doch diese haben oftmals nicht die Zeit, um sich zu kümmern.“ Aber auch das Nutzerverhalten muss sich letzten Endes anpassen. „Ich kann bei winterlichen Außentemperaturen nicht den ganzen Tag im T-Shirt in einem auf 25 °C geheizten Homeoffice sitzen“, so Henk. 

Energie- und kosteneffizient

Die Vorteile dieser hybriden Lösung mit dem PCM-Wärmespeicher liegen auf der Hand: Der Jahresenergiebedarf von rund 5.000 kWh bei 120 m² bei einem Haus mit Kfw-Standard 40+ und besser halbiert sich. „Bei einem schlechteren Standard erhöht sich dieser Wert natürlich, mitunter sogar ums vierfache“, mahnt Stephan Henk. Weiter bleibt der COP (Coefficient of Performance) auf einem hohen Niveau. Der Verschleiß reduziert sich erheblich, da die Wärmepumpe immer eine gleichbleibende Kennlinie fährt und das auch nur noch in den Wintermonaten. Durch die geringere Betriebszeit der Wärmepumpe kommt es zu weniger Verschleiß und die Lebensdauer erhöht sich, was auch wiederum ein wichtiger Kostenfaktor ist. In den Wintermonaten wird jedoch zusätzlich Hilfsenergie benötigt, um die Spitzen abzudecken.

Ein weiterer Aspekt, den es beim vermehrten Einsatz von Wärmepumpen zu bedenken gibt, ist die Geräuschbelästigung in dicht bebauten Quartieren. „Einige Bundesländer haben bereits das Baurecht dahingehend geändert, dass Wärmepumpen nun dichter an die Grundstücksgrenzen gesetzt werden dürfen. Dies ist eine enorme Belastung der Nachbarschaft und wird sicher noch einige Gerichte beschäftigen“, so ist sich Stephan Henk sicher.