Wärmepumpen im Bestandsbau
Objektbericht zu 1970er Einfamilienhaus
Eine Photovoltaik-Anlage und eine thermische Solaranlage befanden sich bereits auf dem Dach, als im Zuge einer Heizungssanierung die Entscheidung für den Einbau einer Wärmepumpe fiel. Diese versorgt nun im bayerischen Triftern ein Einfamilienhaus, Baujahr 1970, über Heizkörper mit Heizwärme und unterstützt auch die Warmwasserbereitung.
Im Bild der Bungalow des Ehepaars Wimmer. Auf dem Dach befindet sich eine PV-Anlage mit 17 kWp Leistung aus dem Jahr 2001, die bislang den kompletten Strom in das Netz einspeist. Eine Eigenstromversorgung ist nun geplant. Außerdem befindet sich auf dem Dach noch ein Warmwasser-Kollektor. Bis zur Heizungssanierung war ein Niedertemperatur-Ölkessel in Betrieb, der nun gegen eine Luft/Wasser-Wärmepumpe getauscht wurde.
Quelle: Wolf
In Triftern im bayerischen Landkreis Rottal-Inn wird es im Winter auch mal richtig kalt. Die Norm-Außentemperatur bei 430 m über NN beträgt minus 12,6 °C. Solche Temperaturen und darunter werden gemäß Klimakarte des Bundesverband Wärmepumpe BWP jedoch nur an wenigen Tagen pro Jahr erreicht. Daher stellte Hauseigentümer Josef Wimmer dem Heizungsbauer Systembau GmbH in Bad Birnbach die aktuell oft gestellte Frage: Ist unser Haus ohne weitere Investitionen mit Hilfe einer Wärmepumpe zu beheizen?
Ausgangslage
Das Einfamilienhaus Baujahr 1970 hat eine beheizte Wohnfläche von rund 100 m². Es hat als Reaktion auf die Energiekrise 2008 bereits einen 10 cm starken Vollwärmeschutz und dreifachverglaste Fenster. Die Räume des Hauses werden über Heizkörper beheizt.
Die vorhandene Heizung stammte aus dem Jahr 2001. Ein 18 kW Niedertemperatur-Ölkessel, unterstützt von einer aus drei Modulen bestehenden Solaranlage. Das erwärmte Trinkwasser wurde in einem 300 l Warmwasserspeicher gespeichert. Die maximale Vor- und Rücklauftemperatur des Ölkessels betrug 65/55 °C.
Seit 2001 befindet sich eine Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 17 kWp auf dem Bungalow in Hanglage. Ihr Ertrag wird zum größten Teil ins öffentliche Stromnetz eingespeist, ein Stromspeicher ist nicht vorhanden.
Test bei winterlichen Temperaturen
Da für einen wirtschaftlichen Betrieb die Antwort auf die Frage „Wärmepumpe ja oder nein“ insbesondere von der maximal erforderlichen Vorlauftemperatur abhängt, wurde im ersten Schritt im Winter stufenweise die Vorlauftemperatur der Bestandsheizung gesenkt. Ziel dieses Testbetriebs war herauszufinden, ob das Haus auch mit deutlich niedrigeren Vorlauftemperaturen angenehm beheizt werden kann.
Das Ergebnis dieser stufenweisen Absenkung war, dass bei einer Vorlauftemperatur von 45 °C lediglich im Wohnbereich und in den Bädern die Wunschtemperaturen nicht mehr erreicht wurden. Hier waren die Wärmeübertragungsflächen der bestehenden Heizkörper zu klein. Da dieses Defizit durch die Installation zusätzlicher Heizkörperflächen ohne größeren Aufwand behoben werden konnte, wurde die Frage „Wärmepumpe ja oder nein“ vom Systembau-Geschäftsführer Christian Ender mit einem überzeugten „Ja“ beantwortet.
Raumweise Heizlastberechnung
Um im zweiten Schritt die passende Wärmepumpengröße ermitteln zu können – zur Auswahl standen die Leistungsgrößen 7 oder 10 kW – wurden die Heizlasten jedes einzelnen Raumes genau erfasst. Außerdem wurde der erforderliche Volumenstrom für die vorhandenen Heizkörper bei einer Vorlauftemperatur von maximal 45 °C bestimmt.
Verbaut wurde eine Luft/Wasser-Wärmepumpe CHA7 von Wolf. Die Außeneinheit befindet sich an der Grundstücksgrenze vor einer Hecke. Die Schallentwicklung liegt deutlich unter dem geforderten Immissionsrichtwert der TA-Lärm. Hauseigentümer Josef Wimmer (li.) mit Systembau-Geschäftsführer Christian Ender im Gespräch.
Quelle: Wolf
Aus der Summe der einzelnen Heizlasten errechnet sich die Größe des zentralen Wärmeerzeugers und die Einzelraum-Heizlasten bestimmen für jeden Raum die individuelle Größe eines Heizkörpers. Alle Faktoren beeinflussen die optimale Heizkurve für das Gebäude.
Für das Haus ergab sich eine Gesamt-Heizlast von 8,2 kW. Diese fällt im Durchschnitt aber nur an wenigen Tagen des Jahres tatsächlich zu 100 % an, wenn das Thermometer auf minus 12,6 °C und darunter abfällt. Dann unterstützt der elektrische Heizstab die Wärmepumpe. Für das Eigenheim in Triftern wurde eine Luft/Wasser-Wärmepumpe Wolf CHA 7 installiert. Sie reicht mit ihrer Heizleistung von 7 kW aus, um das Haus effizient und behaglich mit Wärme und Warmwasser zu versorgen.
„Wir haben uns für die kleinere Wärmepumpe mit 7 kW Leistung entschieden. So erreichen wir besonders lange Laufzeiten im effizienten Teillastbetrieb“, erläutert Christian Ender. Um nun das Haus mit der niedrigen Vorlauftemperatur beheizen zu können, wurden entsprechend der raumweisen Heizlastberechnung im Wohnbereich und in den Bädern zusätzliche Heizkörper eingebaut, um die Wärmeübertragerflächen zu vergrößern.
Aufbau der Heizung
Heute sind als große Komponenten im renovierten Heizraum die Inneneinheit der Wärmepumpe sowie ein 200-l-Pufferspeicher und der 300 l Warmwasserspeicher der Solarthermieanlage verbaut. Der Pufferspeicher hat die Funktion einer hydraulischen Weiche, die Speicherung von Wärmeenergie stand bei der Planung nicht im Fokus.
Die bestehenden Solar-Komponenten wurden in die Heizanlage integriert. Die Solaranlage sorgt von Mai bis September zu 100 % für die Bereitstellung von warmem Wasser und die Wärmepumpe unterstützt hier, bis maximal 50 °C Wassertemperatur im Warmwasserspeicher erreicht sind. Wird im Sommer keine zusätzliche Heiz- oder Warmwasserenergie benötigt, bleibt die Wärmepumpe ausgeschaltet.
Die Solarthermieanlage sorgt mit Unterstützung durch die Wärmepumpe immer zuerst dafür, dass der Warmwasserspeicher auf bis zu 60 °C aufgeheizt ist. Fällt dessen Temperatur ab, heizt die Wärmepumpe den Speicher auf 50 °C auf. Wenn der Warmwasserspeicher durchgeladen ist, erwärmt die Wärmepumpe das Heizungswasser im Pufferspeicher.
Eigenstromnutzung
Die neue Heiztechnik ist bereits für den Verbrauch von Eigenstrom vorbereitet. Wenn die aktuelle Förderung für die Photovoltaik-Anlage ausläuft, hat Josef Wimmer geplant, die Anlage auf 100%ige Eigennutzung umzustellen und nur noch Strom-Überschüsse ins öffentliche Netz einzuspeisen. Bei ausreichenden Solar-Erträgen wird es möglich,
den Pufferspeicher auf 65 °C zu überhitzen (im Normalbetrieb werden maximal 45 °C erreicht). Dann steht zu Zeiten, wenn die Photovoltaik-Anlage keinen Strom für die Wärmepumpe bereitstellen kann
(z. B. wenn es bereits dunkel ist), „vorproduzierte“ Wärme zur Verfügung.
Die Wärmepumpe ist bereits Photovoltaik-Strom-ready. Josef Wimmer will nach dem Auslaufen der PV-Förderung die Anlage auf Eigenstromnutzung umstellen.
Quelle: Wolf
Der Pufferspeicher hat dann drei Funktionen:
Klassisches Speichern von warmem Wasser für die Heizung und für die Abtauung der Wärmepumpen-Außeneinheit nach Bedarf.
Hydraulische Weiche für das Wärmeverteilnetz im Haus.
Wärmeenergiespeicher für überschüssige Solarenergie.
Witterungsgeführter Betrieb
Die Wärmeversorgung der Heizkörper erfolgt witterungsgeführt und bedarfsgenau. Das Bedienmodul Wolf BM-2 mit Außentemperaturfühler regelt die Vorlauftemperatur des Heizkreises modulierend auf der Basis der Temperaturen der Außenluft sowie des Rücklaufs. Die Kür der abgeschlossenen Installation – der hydraulische Abgleich – sorgt heute dafür, dass die Räume nochmals mit weniger Energieeinsatz genauso warm werden wie mit der viel zu groß dimensionierten Ölheizung.
Schall kaum wahrnehmbar
Die CHA-7 Monoblock-Außeneinheit wurde im Eingangsbereich des Hauses direkt neben einer Hecke zum Nachbarn platziert. Sie steht auf einem Betonsockel, der mit Granit- und Edelstahlplatten verkleidet ist. Die Stromversorgung, Vor- und Rücklauf sowie die Kondensat-Entwässerung sind von der Unterseite her an die Wärmepumpe bzw. an die Inneneinheit und den Regenabwasserkanal angeschlossen.
Einwände der Nachbarn wegen zu lauter Laufgeräusche haben die Wimmers nicht zu befürchten. Der Monoblock unterbietet im Nachtbetrieb den Immissionsrichtwert der TA-Lärm um 6,5 dB(A). Daher spielt die kaum wahrnehmbare Schallentwicklung auf dem eigenen Grundstück und erst recht bei den Nachbarn keine Rolle. Josef Wimmer ist mit seiner neuen Heiztechnik sehr zufrieden.
