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Feintuning für optimale Effizienz

Die neue VDI 4645 bietet als praxisgerechter Handlungsleitfaden Hilfestellung für die Planung

Bild 1: Wärmepumpenanlagen honorieren die präzise Auslegung entlang der VDI 4645 durch ein Höchstmaß an Energieeffizienz.

Bild 2: Im Sanierungsgeschäft kann schon der einfache Austausch veralteter Gliederradiatoren gegen seriell durchströmte Flachheizkörper zu einer signifikant effizienteren Wärmeübertragung führen.

Bild 3: Fester Bestandteil jeder Inbetriebnahme einer Wärme­pumpenanlage ist die Berücksichtigung (und Übernahme) der errechneten Systemparameter und Reglereinstellungen.

Bild 4: Moderne Energie- und Komfort­manager steuern über das Zusammenspiel aller Komponenten – von der Wärmeerzeugung bis zur -übertragung in die Räume – die Wärmepumpenanlagen absolut bedarfsgerecht und sorgen so für einen effizienten Heizbetrieb.

Bild 5: Webgestützte Heizungssteuerungen, hier das Kermi Smart Home Interface, ­erlauben einen Zugriff auch aus der Ferne, so dass die Wärmeerzeugung und -verteilung noch präziser an den Nutzerbedürfnissen, beispielsweise bei Abwesenheit, ausgerichtet werden kann.

Bild 6: Der hydraulische Abgleich senkt den Energieeinsatz, ist aber gerade bei Bestandsanlagen schwierig und aufwändig. Durch den Austausch der Ventileinsatze gegen solche mit dynamischer Durchflussregelung (hier „V7K-L“ für Kermi-Ventilheizkörper) ist ein solcher Abgleich deutlich einfacher möglich.

 

Elektrisch betriebene Wärmepumpen sind eine ökologische und wirtschaftliche Art der Wärmebereitung. Damit die Anlagen möglichst effizient arbeiten, sollte aber schon bei der Auslegung die Wärmeverteilung und Wärmenutzung, insbesondere der Aufwand für die Trinkwassererwärmung, berücksichtigt und das Gesamtsystem entsprechend fein abgestimmt werden. Eine wichtige Hilfestellung für planende Fachhandwerker bietet hier die neue VDI 4645.

Im Zuge der Energiewende werden die fossilen Energieträger Öl und Gas zunehmend durch regenerativ erzeugten Strom ersetzt. Das praxisgerechte Gegenstück zum klassischen Öl- oder Gaskessel wird damit vor allem in neuen, gut gedämmten Ein- und Zweifamilienhäusern die elektrisch betriebene Wärmepumpe. Um ein Höchstmaß an Effizienz zu erzielen, sollten elektrische Wärmepumpen aber grundsätzlich im Zusammenhang mit der nachgeschalteten Wärmeverteilung und -nutzung gesehen werden. Der Hintergrund: Die nur überschlägige Berechnung des Wärmebedarfs oder der Wärmeübergabe kann ansonsten schnell zu einer falsch dimensionierten Wärmepumpenanlage führen. Das sorgt im schlimmsten Fall für eine unzureichende Leistungsbereitstellung mit dann häufigem, unwirtschaftlichem Nachheizen – und beeinflusst dadurch wiederum direkt den zusätzlichen Strombedarf.
Seit März 2018 steht für diese Feinabstimmung des Gesamtsystems mit der als Weißdruck veröffentlichten VDI 4645 „Heizungsanlagen mit Wärmepumpen in Ein- und Mehrfamilienhäusern – Planung, Errichtung, Betrieb“ eine neue Arbeitsgrundlage zur Verfügung. Sie folgt der logischen Abfolge bei Planung und Errichtung von Wärmepumpenanlagen und sensibilisiert für die entscheidenden Einflussgrößen, die möglicherweise die Effizienz solcher Systeme beeinträchtigen könnten. Passend ergänzt wird sie durch die Schulungsrichtlinie in Blatt 1 der VDI 4645.

Berechnung als Grundlagenarbeit
Für qualifizierte Heizungsbauer fast selbstverständlich ist dabei der Einstieg über eine Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 – und zwar raumweise. So wird verhindert, dass es schon bei den Einstiegsgrößen für eine möglichst genaue Wärmebedarfsberechnung zu Unschärfen kommt, die letztlich in einem unwirtschaftlichen Anlagenbetrieb münden.
Zur präziseren Vorgehensweise gehört daher in diesem Zusammenhang auch die auf den jeweiligen Raum abgestimmte Auslegung der Wärmeübergabe bzw. Heizfläche sowie nicht zuletzt ein auf das Nutzerverhalten bedarfsgerecht abgestimmter Puffer- oder Trinkwarmwasserspeicher (Bild 1): Gerade in gut gedämmten Wohngebäuden, dem typischen Einsatzbereich elektrisch betriebener Wärmepumpen, macht der Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung mittlerweile bis zu 50 % des Gesamtenergiebedarfs aus. Die Pufferspeicher stellen dadurch also einen wesentlichen Leistungsabnehmer für die Wärmepumpenanlage dar, können durch eine spezielle Schichtenladetechnik für die optimale Einlagerung unterschiedlich temperierter Wasserschichten aber gleichzeitig die Effizienz des Gesamtsystems messbar unterstützen.

Optimierte Wärmeverteilung
Naturgemäß hat die Art der Wärmeverteilung – Flächenheizung oder Radiatoren – aufgrund der stark unterschiedlichen Vorlauftemperaturen (ca. 32 °C gegenüber ca. 55 °C) maßgeblichen Einfluss auf die Effizienz einer Heizungsanlage. Idealerweise werden also Flächenheizsysteme eingesetzt, die dank deutlich geringerer Vorlauftemperaturen mit einem geringeren Temperaturhub auskommen, den die Wärmepumpe sonst wesentlich aufwändiger erzeugen müsste. In Bestandsanlagen wird allerdings oftmals nur der Wärmeerzeuger erneuert, die bestehende Wärmeverteilung soll aber weiter genutzt werden. In solchen Fällen hilft häufig schon der Austausch der Heizkörper gegen solche mit serieller Durchströmung, also mit raumseitig höheren Oberflächentemperaturen (Bild 2).

Abgestimmte Hydraulik
Die bis dato rein rechnerisch perfekt stimmige Kombination aus Wärmepumpe und Wärmeverteilung verliert in der Praxis schnell an Wert, wenn die Hydraulik des installierten Gesamtsystems nicht passt; Stichwort: hydraulischer Abgleich. Er wird zwar seit Jahren gefordert, nach aktuellen Erhebungen sind aber etwa 80 % der Wärmeverteilsysteme (Quelle: co2online) nicht hydraulisch abgeglichen – mit entsprechend negativen Auswirkungen auf die Effizienz der Heizungsanlage. Nicht zu vergessen sind in diesem Zusammenhang im Übrigen die notwendigen Einstellungen der aus der Planung abgeleiteten Systemparameter im Rahmen der Inbetriebnahme: Werksseitige Einstellungen, beispielsweise eine Heizgrenztemperatur von 20 °C am Wärmeerzeuger oder Systemparameter wie 55 °C Vorlauftemperatur bei Heizkörpern, mögen zwar praktisch sein, gehen in aller Regel aber an der Realität des energieeffizienten Einzelfalls vorbei. Hier sollte der Fachmann also analog zur Vorgehensweise nach VDI 4645 unbedingt die objektspezifischen Werte einstellen (Bild 3).

Umfassende Steuerung
Komplettiert wird die energetisch feinjustierte Wärmepumpenanlage schließlich durch eine Steuerung, die nicht allein witterungsgeführt sein sollte: Dann reagiert das System zwar auf Änderungen der Außentemperatur, das viel entscheidendere Nutzungsverhalten bleibt aber unberücksichtigt. Wesentlich zielführender sind hier Regelungen, die auf die aktuellen Referenzwerte der einzelnen Räume zugreifen und auf der Grundlage eines hinterlegten Algorithmus die Vorlauftemperatur der Heizkreise auf den jeweils ungünstigsten Raumbedarf abstimmen.
Intelligente Energiemanager beziehen bei derart abgestimmten Regelungen die Wärmegewinne aus Sonneneinstrahlung, inneren Wärmelasten oder die Auslastung einzelner Räume durch Personen nicht nur in die Steuerung der Wärmeverteilung ein, sondern korrigieren auf Basis dieser Daten die Heizkurve, so dass eine echte bedarfsgeführte Vorlauftemperatur erreicht wird (Bild 4). Einen zusätzlichen Beitrag zur Effizienzsteigerung der Wärmepumpenanlage mit abgestimmter Wärmeverteilung leisten solche Energiemanager, wenn sie cloudbasiert über einen Webbrowser auch aus der Ferne angesprochen werden können. So ist es möglich, zum Beispiel Raumtemperaturen punktgenau auf den Zeitpunkt der Rückkehr abgestimmt auf Wohlfühlniveau anzuheben oder bei länger andauernder Abwesenheit energiesparend abgesenkt zu halten (Bild 5).

Fazit
Die Veröffentlichung der neuen VDI 4645 als Weißdruck sorgt durch ihren strukturierten Aufbau praxisgerecht für eine Sensibilisierung beim Heizungsbau-Handwerk, Wärmepumpenanlagen ganzheitlich von der Wärmegewinnung über die Wärmeerzeugung bis zur Wärmeübergabe und Wärmenutzung zu betrachten. So ist schon in der Planung solcher Anlagen, im Neubau wie im Bestand, eine optimiert bedarfsgerechte Auslegung entlang der Zielgrößen Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit sichergestellt. Bei Heizungssanierungen bietet diese Feinplanung zudem einen Erfolg versprechenden Gesprächsansatz, über den reinen Heizungstausch hinaus den Bauherrn auch von einer zumindest teilweisen Erneuerung der Wärmeübergabe, beispielsweise durch den Austausch veralteter Heizkörper sowie der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs zu überzeugen (Bild 6).

Autor: Harald Fonfara, ehemaliger Leiter Vorentwicklung der Kermi GmbH, Plattling. Er ist Mitglied im Gremium VDI 4645, Vorsitzender des Richtlinienausschusses VDI 4645, Blatt 1, und in zahlreichen weiteren Richtliniengremien sowie Fachausschüssen aktiv.

Bilder: Kermi

www.kermi.de

 


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