Gute Planung ist unerlässlich – die Wärmepumpe für jedes Haus

Die Wärmepumpe ist Meister in Sachen Effizienz

Eine Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus im Bestand hat im Regelfall eine Anschlussleistung von 2,5 kW und kann damit rund 10 kW Wärme erzeugen. Damit bewegt sich ihr Stromverbrauch in der Größenordnung eines handelsüblichen Wasserkochers. Sie erzeugt aber rund das 4-fache an Energie als durch elektrischen Strom aufgenommen wird. Kein anderer Wärmeerzeuger arbeitet derartig hoch effizient. Eine Wärmepumpe erzeugt in einem Bestandsgebäude im Jahresdurchschnitt aus einer kWh Strom rund 3,5 bis 4 kW Wärme (Neubau 4,5 bis 5 kWh). Jeder andere Brennstoff erzeugt aus 1 kWh Energieträger nur theoretisch 1 kWh Wärme, da ein Verbrennungsvorgang auch Verluste aufweist. Allein dieser Zusammenhang zeigt das große energetische Potential der Wärmepumpentechnik in der Heiztechnik auf.

Das Arbeitsprinzip der Wärmepumpe ist in guter Näherung mit der Technik eines Kühlschranks vergleichbar. Der Unterschied zwischen beiden ist, dass bei einem Kühlschrank „die kalte Seite“ genutzt wird. Die beim Kühlprozess entstehende Wärme des Kühlschranks wird an dessen Rückseite an die Raumluft abgegeben. Im Gegensatz bleibt bei einer Wärmepumpe, bei der die „warme Seite“ zum Einsatz kommt, die entstehende Kälte vor der Tür.
 

So arbeitet eine Wärmepumpe

Luft, Wasser oder Sole wird Umweltenergie entzogen und auf ein flüssiges Kältemittel übertragen, welches dabei einen gasförmigen Zustand annimmt. Das Kältemittel wird anschließend verdichtet, wobei es sich weiter erhitzt. Die Energie des dann gasförmigen Kältemittels wird über Wärmetauscher stoffdicht (geschlossener Kreislauf) auf das Warmwasserheizsystem des Gebäudes übertragen. Dieser Prozess findet in einer Monoblock Wärmpumpe in der Außeneinheit statt. So führen ins Haus nur wasserführende Vor- und Rücklaufleitungen, die über einen weiteren Wärmetauscher mit dem Wasserkreislauf des Heizsystems verbunden werden.

Durch die Abgabe der Wärme des gasförmigen Kältemittels an das Heizsystem des Hauses kühlt sich das Kältemittel ab und verflüssigt sich dabei. Der Kreislauf kann von vorne beginnen. Elektrische Energie wird beispielsweise zum Verdichten des Kältemittels, für die Leistungselektronik sowie bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe auch für den Ventilator benötigt.

Luft enthält viel Energie

Der Energiegehalt von Luft ist auch bei Minusgraden noch sehr groß, denn er ist auf die Bewegung von Molekülen in der Luft zurückzuführen. Erst beim absoluten Nullpunkt von minus 273,15 °C ist davon auszugehen, dass sich die Teilchen in der Luft nicht mehr bewegen und damit keine nutzbare Bewegungsenergie in der Luft vorhanden ist. Dieser Temperaturbereich wird jedoch nicht einmal im „ewigen Eis“ an den Erdpolen erreicht, so dass Wärmepumpen sogar dort eingesetzt werden können.

Je nach Leistungsgröße und Konstruktion der Wärmepumpe kann sie entweder zur Bereitstellung von Wärme für die Heizung oder Warmwasser genutzt werden. Es gibt auch Speziallösungen wie Warmwasser-Wärmepumpen, welche nur für die Warmwasser-Bereitung ausgelegt sind.

Das natürliche Kältemittel R290

Leistungsgeregelte Wärmepumpen, die mit dem Kältemittel R290 (Propan) arbeiten, können ohne den Einsatz des Heizstabes problemlos Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C erreichen. Das umweltfreundliche Kältemittel bringt dafür hervorragende thermodynamische Eigenschaften mit.

Doch müssen derart hohe Vorlauftemperaturen für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Heizung mit Heizkörpern in der Regel gar nicht erreicht werden – eine Vorlauftemperatur von max. 55 °C (bei Erreichen der Normaußentemperatur) ist vollkommen ausreichend, um Heizkörper eines Bestandsbaues zu versorgen. Damit passt eine Wärmepumpe grundsätzlich in jedes Ein- bis Zweifamilienhaus. Selbst kleine bis mittlere Mehrfamilienhäuser können monovalent, monoenergetisch oder bivalent sehr effizient beheizt werden.

Hydraulischer Abgleich als Schlüssel für mehr Effizienz

Es sind nicht die maximalen, sondern die mittleren Heizkreistemperaturen für die Gesamteffizienz einer Wärmepumpe im Bestand ausschlaggebend. Die mittleren Heizkreistemperaturen liegen in der Regel niedriger als die rechnerisch ermittelten maximalen Heizkreistemperaturen. So werden in rund 80 % der Heizperiode die Heizkörper lediglich mit warmem Wasser zwischen 40 bis 45 °C versorgt. Liegt die benötigte Vorlauftemperatur in einigen Räumen allerdings oberhalb von 55 °C, muss geprüft werden, ob die Heizkörper dort ausgetauscht werden können.

Gerade bei Modernisierungen von Heizungen fokussieren sich viele Heizungsbauer zu stark auf den Wärmeerzeuger und seine Nennleistung. Das Zusammenspiel von Wärmeerzeugung, -verteilung und -verbrauch funktioniert nur dann einwandfrei und effizient, wenn alle Komponenten eines Heizungssystem aufeinander abgestimmt sind. Daher ist bei der Auswahl von Regelarmaturen und der Einregulierung rund um die Wärmepumpe grundlegend auf die Anlagenhydraulik zu achten.

Der sogenannte hydraulische Abgleich bedeutet, die Volumenströme in den einzelnen Teilsystemen auf den tatsächlichen Bedarf abzustimmen. So sorgt der hydraulische Abgleich dafür, dass alle Heizflächen mit den benötigten Volumenströmen des Heizmediums ausreichend mit warmem Heizungswasser versorgt werden.

Gute Planung und sorgfältige Installation

Gerade bei modernen Heiztechnologien, deren Betrieb insbesondere von den Systemtemperaturen beeinflusst wird, sind eine sorgfältige Planung und Installation von entscheidender Bedeutung. Fehler in der Anlagenhydraulik können sich dauerhaft negativ auf die Effizienz auswirken und führen dazu, dass einzelne Räume nicht ausreichend mit Wärme versorgt werden. Dies ist unabhängig davon, mit welcher Heiztechnik die Wärme bereitgestellt wird.

Neben der genauen Planung und Auslegung ist die exakte Einregulierung des kompletten Heizsystems wichtig. Diese sollte während der Heizperiode durch den Heizungsbauer (Planer) umgesetzt werden und dauert in der Regel 1 bis 3 Monate.

Eine gute Planung ist sehr wichtig für eine erfolgreiche Modernisierung. Im Bestand sollten daher alle folgenden Schritte durchgeführt werden:
 

1. Aufnahme von Bestandsdaten wie Baujahr, Fläche und bereits durchgeführte Maßnahmen oder Veränderungen an der Gebäudegeometrie
    
2. Ermittlung der Heizlast
   
   Um rechnerisch bereits durchgeführte Sanierungen an das Ursprungsbaujahr anzupassen, gibt es verschiedene Verfahren, die auf den Normen DIN 12831,  DIN 4701-10 und 4108-6, der DIN 18599, sowie einigen freien Energieberaternormen beruhen.
   Die sicherste Methode ist die Ermittlung der einzelnen Raumheizlasten, sowie die Beurteilung der jeweiligen Leitungen der Heizkörper oder Flächen.
   Nach der Ermittlung kann die Vorlauftemperatur auf max. 55 °C ausgelegt werden. Eventuell nicht passende Heizkörper können hierzu einfach ermittelt und getauscht werden.
    
3.  Auswahl der passenden Wärmepumpe
   
   Die Wärmepumpe sollte nicht zu groß dimensioniert werden – das heißt durchaus kleiner als die berechnete Heizlast. Da letztere nur an wenigen Stunden im  Jahr gefordert ist wird sie dann mit Unterstützung des Heizstabs erreicht.
   Wahl eines ausreichend großen Pufferspeichers (Unterschiedlich in Neu- und Altbau).
   Einsatz von spezieller Software, um die bedarfsgerecht passenden Zubehörteile für die Wärmepumpe zusammenzustellen.
    
4. Festlegen des Aufstellortes unter Beachtung der Grundstücksgrenzen, lokaler Besonderheiten (z.B. Bauten, vorherrschende Windrichtung) sowie amtlicher Vorschriften.
    

Einfache Installation

Der Austausch einer alten Heizung gegen eine moderne WOLF Luft/Wasser-Wärmepumpe CHA-Monoblock gestaltet sich dank ihres hohen industriellen Vorfertigungsgrades sehr einfach und schnell. Das betrifft insbesondere den hydraulischen Anschluss der Außen- und der Inneneinheit mit Vor- und Rücklauf. Da sich der geschlossene Kältekreis bei Monoblockbauweise in der Außeneinheit befindet, ist kein Eingriff am Kältekreis (und damit keine speziellen kältetechnischen Fachkenntnisse) notwendig.

Monoblock Luft/Wasser-Wärmepumpen zur Außenaufstellung eignen sich besonders, wenn nur wenig Platz im bestehenden Heizraum bzw. Haustechnikraum vorhanden ist. Da eine WOLF CHA-Außeneinheit dank spezieller Ventilatoren sehr leise arbeitet, ist eine Installation im Bestand – insbesondere in dicht bebauten Siedlungen – problemlos möglich. Im Nachtmodus beträgt ihr Schalldruckpegel nur 34 dB(A).
 

Wärmepumpe und Photovoltaik

Hausbesitzer, die eine Photovoltaikanlage in einem ganzheitlichen Energiekonzept mit einer Wärmepumpe kombinieren, machen sich von Energieversorgern und steigenden Strompreisen aus dem öffentlichen Stromnetz unabhängiger, wenn sie ihren eigenen Solarstrom zum Heizen einsetzen. Durch den Einsatz einer exakt ausgelegten Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher ist es möglich, bis zu 60-70 % Autarkie zu erreichen.

Aktuell gibt es interessante Förderprogramme, damit möglichst viele Häuser für die Energiewende umgerüstet werden. Besonders lohnend ist es, eine bestehende Gas- oder Ölheizung gegen eine Wärmepumpe zu tauschen. Die Wolf Fördermittelauskunft    www.wolf.eu/foerdermittelauskunft bietet online eine gute und aktuelle Orientierung.

Mehr Informationen zur WOLF Luft/Wasser-Wärmepumpe CHA-Monoblock unter www.wolf.eu/cha.
 

Autor:

Frank Richert
WOLF Manager Normen und Verbändearbeit