Wärmepumpen können auch beim Bauen im Bestand als regenerative Energiequellen eingesetzt werden. Verschiedene Systeme stehen für unterschiedliche Anwendungssituationen zur Verfügung. Nur bei vorhandenen Hochtemperatur-Heizungen mit Vorlauftemperaturen über 55 Grad sowie bei Gebäuden mit einem sehr schlechten baulichen Wärmeschutz ist ein wirtschaftlicher Betrieb von modernen Wärmepumpen-Systemen in der Regel nicht möglich.
Die Bewertung von Wärmepumpen- Systemen innerhalb einer energetischen Sanierung fällt selbst manchen Fachleuten nicht leicht. Es fehlt häufig die Kompetenz, diese Systeme sinnvoll anzuwenden und mit der entsprechenden Konsequenz umzusetzen. So ist immer wieder festzustellen, dass der hydraulische Abgleich nicht oder nur bedingt umgesetzt wird. Dabei wird das Wärmeabgabesystem, also zum Beispiel die Fußbodenheizung oder der Heizköper, an den Bedarf der einzelnen Räume und das installierte Wärmeverteilsystem angepasst. Diese, dem Bauherrn geschuldete Leistung ist eine Grundvoraussetzung für die optimale Funktion eines wirtschaftlichen Wärmeerzeugers. Bei einer Wärmepumpenlösung ist es sogar der Schlüssel zur maximalen Leistungsausbeute des Kälteaggregates.
Heizsysteme müssen bewertet werden
Die Bewertung eines vorhandenen Wärmeverteilsystems gehört zu den Herausforderungen auf der Baustelle. Dabei ist es gleich, ob es sich um eine statische Heizfläche (Heizkörper) oder eine Flächenheizung im Boden oder in der Wand handelt.
Für die Installation einer Wärmepumpe sind die Einsatzbedingungen klar definiert. Bis zu einer maximalen Vorlauftemperatur von 55 °C bezeichnen die renommierten Wärmepumpenhersteller ihre Geräte als geeignet oder zulässig. Selbstverständlich gilt hier: Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto höher die Wirtschaftlichkeit. Über die hydraulische Anpassung mit entsprechenden Ventileinstellungen (Voreinstellungen), einem Lastausgleichsspeicher (Pufferspeicher) und Effizienzpumpen der Klasse A finden sich schnell gute Betriebsbedingungen für den Wärmeerzeuger „Wärmepumpe“.
Ob das Gebäude grundsätzlich mit diesem System ausgestattet wird oder ob der Bauherr besser in den Wärmeschutz der Immobilie investieren sollte, lässt sich nur objektbezogen beurteilen. Als Richtwert gilt: Liegt der spezifische Wärmebedarf unter 100 W/m², ist der Wärmeschutz in einem für den Einsatz einer Wärmepumpe zulässigen Bereich.
Verschiedene Systeme bringen die Wärme der Erde ins Haus
Die Erde ist als zuverlässige Wärmequelle bekannt. Erschlossen werden kann die Wärme bei der oberflächennahe Geothermie entweder mit einer Erdsonde oder in der Fläche mit Erdwärmekollektoren.
Moderne Erschließungstechnik und passende Sondensysteme machen den Einsatz fast überall möglich, häufig auch dort, wo Behörden Bedenken haben und zunächst die Erschließung ablehnen wollen. Als grundsätzliche Voraussetzung für Erdsondenerschließungen sind an dieser Stelle zu nennen:
- wasserrechliche Genemigung,
- Ertragsleistung per laufender Meter Sondenlänge, (im Durchschnitt 40–50W/ lfd. m),
- Geologie (Bodenschichten, Hohlräume usw.),
- Platzbedarf auf dem Grundstück und Mindestabstände zur Grundstücksgrenze.
Zu den besonderen Lösungen gehören Koaxial-Sonden, Kompaktabsorber Erdwärmekörbe oder ähnliche Komponenten. Der feine Unterschied ist bei diesen Wärmequellen der jeweilige Aufbau und die Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten. Lassen wasserrechtliche Einschränkungen keine Erschließung in die Tiefe zu, so bieten Koaxialsonden mit Einbautiefen bis 30 Meter ebenso Lösungen wie die Doppel-U-Rohr- Sonde zur Entnahme der kostenlosen Erdenergie.
Das bebaute und erschlossene Grundstück ist nach dem Einbringen der Wärmequelle schnell wieder in den ursprünglichen Zustand versetzt, da erfahrene Bohrgeräteführer nur geringe „Flurschäden“ anrichten und das Konzept auch auf kleinsten Grundstücksflächen zu installieren ist.
Aggregate sind flexibel einsetzbar
Auf die Wärmequelle „Wasser“ wird dort zurückgegriffen, wo Geologie und Hydrologie dafür prädestiniert sind, zum Beispiel im Großraum München mit oberflächennahem Grundwasserspiegel. Meist kommen die gleichen Aggregate zum Einsatz, die auch für die Wärmequelle Erde verwendet werden. Der vorgeschaltete Trennwärmetauscher schützt nicht nur die Kältemaschine, sondern stellt auch die Verbindung zur Brunnenanlage her. Das Grundwasser wird mit Temperaturen von circa 10 Grad Celsius angesaugt, vom Wärmepumpenaggregat um circa 4 Grad Celsius entwärmt und wieder in den Untergrund eingeleitet. Die Erschließung mit Saug- und Sickerbrunnen nimmt der zertifizierte Brunnenbau- Fachbetrieb vor. Die Behörden erteilen für derartige Anlagen eine Betriebserlaubnis.
Die Außenluft als Wärmequelle nutzen
Mit der Außenluft-Wärmepumpe bietet sich eine weitere Lösung an. Diese Systeme produzieren mit cop-Werten von 3,6–4,0 (A2/W35 = Prüfbedingungen) wirtschaftlich eine Vorlauftemperatur von 50–55 Grad Celsius und erzielen Deckungsanteile von 97–99 Prozent der Jahresheizarbeit. Bei den baulichen Gegebenheiten und der Installation ist unbedingt auf den Geräuschpegel zu achten, denn bei Leistungen von 12–14 kW werden Luftmengen von circa 3.000–3.500 Kubikmeter pro Stunde bewegt.
Mehr und mehr erobern modulierende Luft-Wasser-Wärmepumpen, sogenannte Split-Systeme, den Markt und stehen in einer reversiblen Betriebsweise (Heizen und Kühlen) zur Verfügung. Viele Anlagen sind so dimensioniert, dass eine monovalente Auslegung praktiziert wird, bei der der Deckungsanteil der Wärmepumpe 100 Prozent beträgt. Die Warmwasserbereitung und die damit verbundene Wasserhygiene sind aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen eine besondere Herausforderung. Frischwasserstationen und die hygienische Warmwasserbereitung finden sich als Lösungen in den Unterlagen der Hersteller.
Praktische Konzepte umfassen die dezentrale Warmwasserbereitung in Verbindung mit der kontrollierten Wohnungslüftung. So kann wohnungsweise geheizt, gelüftet und warmes Brauchwasser bereitgestellt werden. Wenige, aber besonders innovative Wärmepumpenhersteller bieten diese Systemvariante an. Geschickt eingesetzt oder kombiniert mit leistungsstarken Heizungs-Wärmepumpen auf der Basis von Erdwärme beziehungsweise Außenluft, arbeiten diese Geräteeinheiten für die Warmwasserversorgung in den einzelnen Wohnungen. Eine weitere „abrechnungsfreundliche und komfortable Einheit“ für den Geschosswohnungsbau stellt die Abluftwärmepumpe dar. Je Wohneinheit wird eine kompakte Station (Kühlschrankgröße) montiert, die heizt, lüftet und Warmwasser produziert. Die Abrechnung der angefallenen Betriebskosten beschränkt sich auf Strom und Kaltwasser. Auch diese Geräte sind in der Lage, wirtschaftliche Heizflächen mit bis zu 55 Grad Celsius Vorlauftemperatur zu versorgen.
Dieser Beitrag ist Teil eines Artikels aus B+B BAUEN IM BESTAND, Ausgabe 2.2012
Autor: Norbert Krumm
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