Wärmepumpe im Gebäudebestand

Wärmepumpen liegen im Trend. Aber viele Bauherren wundern sich über kalte Füße an kalten Tagen oder über nicht kalkulierte Kosten für Zusatzheizungen. Falsch ausgelegte Wärmepumpenanlagen vernichten jegliche Effizienz der Systeme und statt aus regenerativen Energien erfolgt oftmals die Beheizung des Gebäudes über den Heizstab mit Strom aus den Kohlekraftwerken.


Nach leichten Rückgängen nach dem Rekordjahr steigen nun wieder die Verkaufszahlen von Wärmepumpen und die Nachfrage nach dem regenerativen Heizungssystem ist hoch. Wärmepumpen haben sich gerade im Neubau als echte Alternative zu Heizsystemen mit fossilen Brennstoffen erwiesen. Wer sein Gebäude mit öffentlichen Mitteln von der KfW finanzieren möchte und mit eine Effizienzhausklasse liebäugelt, kommt um den Einsatz hocheffizienter und regenerativer Anlagentechnik nicht herum.

Der Energieberater kennt das Dilemma, mit dem in der EnEV 2009 vorgegebenen Referenzgebäude ist die Messlatte für KfW geförderten Häusern entsprechend hoch. Und nebenbei gilt es auch noch, das EEWärmeG für Neubauten zu erfüllen. Für neu zu bauende Gebäude können Erdwärmepumpen mit hohen Leistungszahlen für die Beheizung und Warmwasser eingesetzt werden. Allerdings sollte der Bauherr eine längere Anlaufzeit für die Genehmigung seiner Erdwärmepumpe berücksichtigen. Der Behördengang kann durchaus mehrere Monate betragen. Da gilt es, das Wasserhaushaltsgesetz und auch das Bundesbergbaugesetz zu beachten, von regionalen oder kommunalen Verordnungen ganz zu Schweigen.

Der Einbau einer Luft/Wasser-Wärmepumpe ist deutlich einfacher zu Händeln, denn ihr Betrieb ist grundsätzlich genehmigungsfrei. Allerdings muss beim Aufstellen der Luft/Wasser-Wärmepumpe auf ausreichenden Abstand zum Nachbarn und den eigenen Schlafräumen geachtet werden, denn durch Luftansaugventilator kommt es zu einer erhöhten Geräuschemission. Die Geräte sind kompakt und werden auch immer leistungsfähiger. Die Anlagenhersteller werben mit COP-Zahlen (Coefficient of Performance) um die 4.0. Bohrungen oder Erdbewegungen für eine Erdkollektorverlegung entfallen und das spart Zeit und Geld. Nicht umsonst finden gerade die Luft/Wasser-Wärmepumpen den stärksten Zuwachs auf dem Markt und beanspruchen auch den Löwenanteil der Absatzzahlen für Wärmepumpen.

Da nun der Einbau einer Luft-Wasser Wärmepumpe scheinbar so einfach ist, rückt diese Anlagentechnik zunehmend in den Fokus für die Sanierung von Bestandsheizungsanlagen. Die Erdbohrungen entfallen, so dass langjährig gepflegte Gärten nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Die Kompaktheit der Geräte spricht für sich, und die Anlagentechnik kann ohne Weiteres ausgetauscht werden: Alter Kessel raus, hocheffiziente Luft/Wasser-Wärmepumpe rein.

Leider haben aber ausgerechnet die Luft/Wasser-Wärmepumpen einen Haken: Von allen Wärmepumpenarten haben sie die geringsten Leistungszahlen. Das liegt an der Quelle, der Außenluft. Im Gegensatz zu Erd- oder Wasserwärmepumpen liefert die Außenluft je nach Jahreszeit und Standort höchst unterschiedliche Quelltemperaturen. Wasser-Wärmepumpen erfreuen sich da gleichbleibenden Quelltemperaturen von 10 Grad Celsius. Also muss die Jahresarbeitszahl der Luft/Wasser-Wärmepumpe auf den Standort des Gebäudes unbedingt berechnet und simuliert werden.

Ein weiterer Nachteil in der Sanierung einer Bestandsheizungsanlage sind die Übergabekomponenten und die hohen Heizkreistemperaturen bei fossilen Erzeugern. In älteren Bestandsgebäuden findet man vorwiegend statische Heizkörper, ungeregelte Umwälzpumpen und dementsprechend hohe Vorlauftemperaturen. Hier muss dann bei dem Einsatz der Wärmepumpe auf einen vernünftigen Temperaturhub geachtet werden. Die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle, also der Außenluft und der im Heizungssystem angewendeten Vorlauftemperatur des Heizwassers, nennt man den Temperaturhub. Die Wärmepumpe muß also auf dieses Niveau die Temperatur anheben oder pumpen. Je größer oder höher der Temperaturhub ausfällt, desto mehr Antriebsenergie in Form von Strom benötigt die Wärmepumpe.

Für den Einsatz einer Luft-Wasser Wärmepumpe gilt also erstmal folgender Grundsatz: Die Vorlauftemperatur soweit senken, wie vernünftig vertretbar!

Man kann ruhig davon ausgehen, dass alte Heizungsanlagen nur sehr selten mit einer normgerechten Heizlastermittlung ausgelegt wurden. Durch die pauschalen Ansätze findet man somit auch überdimensionierte Heizkörper, die durchaus niedrigere Vorlauftemperaturen verarbeiten können. Zu klein ausgelegte Heizkörper müssen eventuell durch Größere getauscht werden, um die erforderliche Heizleistung zu bringen.

Zum Glück kann der Fachmann auf ausgeklügelte Software zurückgreifen. Das Programm Optimus Duo aus dem Kölner Software-Haus Hottgenroth/ETU berechnet nicht nur den hydraulischen Abgleich der Bestandsheizungsanlage, viel mehr läßt sich mit dieser Software die Sanierung und Optimierung von Heizungsanlagen berechnen. Im ersten Zuge erfolgt eine Bestandsaufnahme des Gebäudes. Ähnlich einer Heizlastberechnung nach DIN 12831 wird das Gebäude raumweise betrachtet und die Transmissionsverluste der Bauteile der jeweiligen Räume ermittelt. Genauso werden dann, Raum für Raum, die Heizkörper und oder Heizflächen des Raums eingegeben. Lediglich das Rohrnetz wird abgeschätzt und die Lage der Heizkörper nur annähernd in nah, mittel oder weit entfernt zur Heizungspumpe klassifiziert. Diese Angaben reichen schon für den hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage aus.

Das Ziel ist aber die Reduzierung der Vorlauftemperaturen für den effizienten Einsatz eine Luft/Wasser-Wärmepumpe. Und genau hier setzen die Sanierungsassistenten des Programms an. Im ersten Schritt wird das Gebäude mit Dämmmaßnahmen saniert, um die Heizlast zu reduzieren. Im zweiten Schritt gibt man in den Assistenten der Software die gewünschte Vorlauftemperatur ein. Das Programm ermittelt im Ergebnis den neuen hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage, wie die Umwälzpumpe zu arbeiten hat und stellt detailliert sicher, welche Heizkörper die gewünschte Vorlauftemperatur verarbeiten können. Heizkörper, die die Leistung nicht mehr gewährleisten, werden vom Programm automatisch mit passenden Heizkörpern ausgetauscht.

Somit konnte mit Optimus Duo die Vorlauftemperatur auf ein vernünftiges Maß reduziert werden. Durch den niedrigeren Temperaturhub hat man nun eine gute Ausgangsbasis für den Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe geschaffen. Jetzt geht es an die Anlagenkonzeption. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe muss passend auf den Standort, die Heizlast, das Nutzerverhalten des Gebäudes und die Sperrzeiten des Versorgers ausgelegt werden.

Auch hier greifen wir auf ein Software-Produkt der Kölner Spezialisten zurück. Mit der Auslegungs-Software Wärmepumpe simuliert man exakt die zu erwartende Jahresarbeitszahl der Luft/Wasser-Wärmepumpe. Mittlerweile ist der Markt der Wärmepumpen wegen der hohen Nachfrage stark gewachsen und eine beeindruckende Zahl von Herstellern bieten zu allen Quellenarten unterschiedliche Wärmepumpen in vielen Leistungsklassen an. Welches Gerät für welches Gebäude geeignet ist, kann durch das Simulationsprogramm Wärmepumpe am PC ermittelt werden.

Mit Meteonorm Klimadaten lassen sich exakt die Außenlufttemperaturen für den Standort des Gebäudes zu Grunde legen. Statische Heizkörper können auch in Kombination mit Flächenheizungen oder Sonderheizformen in der Software abgebildet werden. Sind die Randbedingungen des Gebäudes eingegeben, wird in einem Schema die Wärmepumpenanlage konzipiert. Welcher Quelle soll Umweltwärme entzogen werden? Wird die Anlage mit einem zusätzlichen Erzeuger betrieben? Schalte ich einen Pufferspeicher oder unterstütze ich meine Anlage mit Solarthermie?

Wenn der Benutzer das Schema des Anlagensystems festgelegt hat, schlägt die Software passende Komponenten der Wärmepumpenanlage vor. Umfangreiche Herstellerdaten liegen dem Programm bei. Wenn das System feststeht, wird die Anlage auf das Jahr im Stundentakt simuliert. Als Ergebnis erhält der Nutzer die detaillierte Auswertung der simulierten Jahresarbeitszahl und die exakten Energiekosten für den Betrieb der Anlage. Neben der simulierten Jahresarbeitszahl wirft das Programm auf die Jahresarbeitszahl nach VDI 4650 aus. Die Jahresarbeitszahl nach VDI 4650 dient als Grundlage für eine Förderung der Wärmepumpe aus dem Marktanreizprogramm des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, kurz Bafa.

Zum Schluss noch eine Herzensbitte: Lieber vorher simulieren als nach dem Schaden zu improvisieren!

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