Wärmepumpe für die Sanierung

Früher war alles einfacher: War einmal ein Energieträger wie Gas oder Öl im Haus für die Wärmeversorgung zuständig, war dies in der Regel eine Entscheidung fürs Leben. In der Sanierung wurde einfach der Wärmeerzeuger ausgetauscht und der Energieträger blieb der gleiche. Heute stehen neben den bekannten Gas- und Öl-Wärmeerzeugern eine ganze Fülle an Technologien wie Pellets-Heizkessel, Blockheiz-Kraftwerke, Hybridgeräte und verschiedene Wärmepumpen zzgl. Solarthermie und Photovoltaik zur Verfügung. Dabei ist der Wunsch zahlreicher Hauseigentümer verständlich, sich von der Preisentwicklung bei fossilen Energieträgern unabhängiger zu machen und auf erneuerbare Energieträger zu setzen.

Hoch im Kurs steht hier seit einigen Jahren die Luft/Wasser-Wärmepumpe. Wie früher wird beim Endkunden oft erwartet, dass ein einfacher Tausch des Wärmeerzeugers stattfindet. Grundsätzlich ist die Luft/Wasser-Wärmepumpe ein flexibles Heizsystem mit hoher Anpassungsfähigkeit. Um jedoch alle Vorzüge dieser Technologie mit entsprechender Effizienz ausschöpfen zu können, sind einige allgemeine Hinweise bei der Nutzung einer bestehenden Wärmeverteilanlage im Baubestand erforderlich.

Unabdingbar: die richtige Vorlauftemperatur 

An erster Stelle sollte immer die Frage nach der benötigten Vorlauftemperatur stehen. Diese sollte keinesfalls mehr als 55 °C betragen. „Früher wurden sowohl Wärmeerzeuger als auch Radiatoren und die Heizkurve mit einem ‚Angstzuschlag‘ belegt, d.h. sie wurden überdimensioniert“, so Michael Lechte, Produktmanager bei Mitsubishi Electric, Living Environment Systems. „Genau dieser Umstand lässt sich gerade beim Systemwechsel auf eine Wärmepumpe ausnutzen, denn das bestehende Heizverteilsystem und die Wärmeabgabeflächen können dann auch energiesparend bei einer geringeren Vorlauftemperatur die benötigte Wärme abgeben.“

Hierbei sind Bestandsgebäude mit einem entsprechenden Dämmstandard im Vorteil. Jedoch steht gerade derzeit eine Generation von Wärmeerzeugern zum Tausch an, die zu einem Zeitpunkt eingebaut wurde, als bereits die Energieeinsparverordnung und Dämmvorschriften galten. Insofern ist hier eine ausführliche Bestandsaufnahme durch den Fachhandwerker erforderlich. Wurden die Fenster bereits getauscht? Wurden partielle Dämmmaßnahmen durchgeführt? Wurden die Rollladenkästen gedämmt? Ist die Keller- und oberste Geschossdecke gedämmt?

Viele Fragen klären 

Anschließend steht in jedem Fall ein hydraulischer Abgleich des Heizsystems an. Er bildet quasi die Grundlage für die eigentliche Heizlastberechnung, die bei einem Systemwechsel unerlässlich ist. Mit dem hydraulischen Abgleich lassen sich gleich mehrere Rahmenbedingungen klären:

Zum einen ist der hydraulische Abgleich beim Heizungstausch gesetzlich vorgeschrieben. Der betreuende Fachhandwerker erfüllt damit als Sachkundiger die entsprechenden gesetzlichen Vorgaben.

Durch die Berechnungen, die für den hydraulischen Abgleich benötigt werden, wird die erforderliche Heizleistung in jedem Raum des Gebäudes in Verhältnis zur tatsächlich vorhandenen Wärmeabgabefläche gesetzt. „Dadurch lässt sich bestimmen, welche Vorlauftemperatur maximal erforderlich ist, um die notwendige Heizleistung zu erbringen. „Ergibt sich hierbei die Möglichkeit, die Vorlauftemperatur zu reduzieren und ist dies nur in wenigen Räumen aufgrund der Leistung des Heizkörpers nicht möglich, bietet sich ein ‚minimalinvasiver Eingriff‘ an. Hierbei werden diese wenigen Heizkörper gegen leistungsfähigere Modelle getauscht, die für den Niedertemperaturbetrieb ausgelegt sind“, so Lechte dazu. „Im Vergleich zu den Kosten der aufwendigen Gebäudedämmung können hier vergleichsweise einfach die Bedingungen zur Nutzung der innovativen Wärmepumpen-Technologie geschaffen werden.“

Der hydraulische Abgleich ist gerade im Baubestand erforderlich, um die im Laufe des Gebäudelebens ggf. entstandenen Änderungen in der Heizanlage wieder anzupassen. Jedoch können auch bereits beim Bau fehlerhafte Berechnungen der Heizkörper und Rohrleitungs-Querschnitte dazu geführt haben, dass eine Heizanlage insgesamt nicht die aktuell gewünschte Wirtschaftlichkeit  erbringt.

Darüber hinaus besteht die Gewissheit, dass jeder Raum die benötigte Wärmemenge erhält.

Eine Heizlastberechnung ist in jedem Fall für die korrekte Auslegung der neuen Wärmepumpenanlage erforderlich. Anders als Wärmeerzeuger, die auf der Basis fossiler Energieträger arbeiten, müssen Wärmepumpen genau auf die jeweiligen Betriebs- und Nutzungsbedingungen hin angepasst werden, um eine möglichst hohe Effizienz zu gewährleisten. Insbesondere die korrekte Auslegung der Wärmepumpenanlage in Bezug auf die Leistung ist hierbei relevant. Denn auch eine überdimensionierte Wärmepumpe ist nicht unproblematisch. Durch das vergleichsweise häufige Takten, sprich dem Ein- und Ausschalten, kann sich die Lebenszeit des Verdichters deutlich verkürzen. Gleichzeitig ist der Energiebedarf größer.

Monovalenter Betrieb im Baubestand ermöglichen 

Auch im Baubestand sollte dann die Möglichkeit des monovalenten Wärmepumpeneinsatzes geprüft und bewertet werden. Technisch bieten die namhaften Wärmepumpenhersteller verschiedene Lösungen speziell für diesen Einsatzbereich an. Für jede Wärmequelle sind Geräte am Markt erhältlich, die selbst bei tiefen Außentemperaturen eine hohe Heizleistung und hohe Vorlauftemperaturen erbringen und zudem effizient arbeiten. Weil die Luft/Wasser-Wärmepumpe eine führende Position im Markt einnimmt, kann für diese Energiequelle beispielsweise die „Zubadan“-Techologie von Mitsubishi Electric (www.mitsubishielectric.de) beleuchtet werden.

Der Hersteller garantiert hierbei bis zu einer Außentemperatur von – 15 °C die volle Heizleistung der Wärmepumpe. Andere, nicht mit einer vergleichbaren Technologie ausgerüstete Systeme, können hier oft nur noch die halbe Heizleistung erreichen. Deswegen werden derartige Anlagen von vornherein im Bivalenzbetrieb ausgelegt. In der Regel übernimmt dann ein elektrischer Heizstab die notwendige Wärmebereitstellung – ein kostenintensives Unterfangen, das aber dennoch nicht in die Berechnung des COP einfließt. „Deswegen sind COP-Berechnungen mit entsprechender Skepsis zu betrachten. „Ecodan“-Wärmepumpen mit der „Zubadan“-Technologie können hier im Vergleich sogar einen geringeren COP aufweisen, obwohl ähnliche Systeme bei - 15 °C ausschließlich noch über den Elektroheizstab, also mit einem realistischen COP von 1,0 betrieben werden“, erläutert Lechte diesen Sachverhalt.

Neue Komponenten im System 

Beim Systemwechsel vom Wärmeerzeuger auf der Basis fossiler Energieträger auf eine Wärmepumpe sollte der Einsatz eines Pufferspeichers berücksichtigt werden. Oft war dieser weder im Anlagenkonzept noch im Raumbedarf vorab berücksichtigt worden. Ein Pufferspeicher dient dazu, Differenzen zwischen der erzeugten und der verbrauchten Wärmeleistung auszugleichen. Auf diese Weise können die eingebundenen Wärmeerzeuger weitgehend unabhängig voneinander betrieben werden. Der Pufferspeicher dient nicht als Systemtrenner, sondern entkoppelt die Komponenten der Wärmererzeugung und -verteilung voneinander. Als Faustregel für die Größe des Speichers gilt die Wärmekapazität von einer Laufzeitstunde der Wärmepumpe, um das Pufferspeichervolumen auf die gewünschte Systemtemperatur zu heben. Dies ist erforderlich, um häufiges Takten zu vermeiden und eine angemessene Auslastung der Wärmepumpe zu gewährleisten. Darüber hinaus ergeben sich ein besseres Betriebsverhalten und ein höherer Wirkungsgrad sowie eine Verbesserung der Jahresarbeitszahl. Aktuell werden Pufferspeicher mit 500 € vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Gleichzeitig sollte im Brauchwasserspeicher auf eine ausreichend große Wärmetauscherfläche geachtet werden, damit die gewünschte Wassertemperatur auch ohne elektrischen Heizstab erzielt werden kann.

Bei der Altanlage nicht relevant war ebenfalls eine Außen-Komponente, die bei Luft/Wasser-Wärmepumpen den aktiven Part der Energiegewinnung übernimmt. Hier muss zum einen ein passender Aufstellort auf dem Grundstück des Nutzers gefunden werden. Zum anderen müssen von hier aus entsprechende Verbindungsleitungen zum Innengerät in das Gebäude führen. In Bezug auf den Aufstellort sind dabei in erster Linie die Vorschriften der TA Lärm zu beachten. Dabei ist auch eine verdeckte Montage z.B. hinter einer Hecke möglich. Bei der reinen Bodenaufstellung oder der Wandmontage sollten Schwingungsdämpfer montiert werden, um Körperschall zu vermeiden.

Wichtig für die Hydraulik ist im Gegensatz zu konventionellen Wärmeerzeugern, dass Wärmepumpen mit konstanten Wasserdurchflussmengen arbeiten, die nicht reduziert werden dürfen. Der Grund dafür: Ansonsten könnte der Strömungswächter auslösen und die Wärmepumpe ihren Betrieb vorübergehend einstellen. Gleichzeitig müssen Umschalt- und Überströmventile sowie Wärmemengenzähler nach der Nenndurchflussmenge dimensioniert werden, um Druckverluste zu minimieren. Ansonsten ist die weitere Verwendung des bestehenden Heizverteilsystems einfach und übergangslos umsetzbar. „Wärmepumpen beschicken genauso wie konventionelle Wärmeerzeuger die Wärmeverteilung mit Warmwasser und benötigen eine dafür ausgelegte Hydraulik“, beschreibt Lechte. „In jedem Fall sollte beim Systemwechsel auch die bestehende Umwälzpumpe gegen ein aktuelles Hocheffizienzmodell getauscht werden. In der Regel sollte diese in der neuen Wärmepumpe bereits integriert sein.“

Fazit

Eine neue Luft/Wasser-Wärmepumpe gegen einen Wärmeerzeuger auf der Basis fossiler Energieträger tauschen – ist möglich, erfordert aber eine genaue Vorabplanung, um die gewünschte Effizienz zu erreichen. Vor allen Dingen spielt hier die benötigte Vorlauftemperatur eine entscheidende Rolle. Bestehende Radiatoren können oft auch bei geringerer Vorlauftemperatur die erforderliche Wärmeleistung erbringen. Ansonsten ist der Austausch gegen spezielle Niedertemperatur-Heizkörper möglich. Eine wichtige Basis der Planung ist in jedem Fall der hydraulische Abgleich und eine Heizlastberechnung sowie Bestandsaufnahme der bereits umgesetzten Maßnahmen der energetischen Sanierung im Gebäude. Generell sollte im Baubestand Wärmepumpen der Vorzug gegeben werden, die hierfür entsprechend ausgelegt sind und auch bei - 15 °C noch 100 % ihrer Heizleistung ohne elektrische Beiheizung erbringen können.