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Hocheffiziente Kombination

Gas-Wärmepumpen setzen auf Umweltwärme und Erdgas – eine attraktive Lösung für Neubau und Modernisierung

Gas-Wärmepumpen setzen Energie besonders effizient ein.

Das Mehrfamilienhaus in Wernau wurde grundlegend modernisiert.

Die Gas-Absorptionswärmepumpe mit einer Leistung von 41 kW deckt die Grundlast in dem Mehrfamilienhaus.

Mit dem Regelsystem ist die übergeordnete Ansteuerung aller Systemkomponenten möglich.

An der 1927 erbauten Astrid-Lindgren-Schule in Bottrop wurde eine as-Absorptionswärmepumpe installiert.

Gas-Absorptionswärmepumpe an der Astrid-Lindgren-Schule in Bottrop.

Peter Kuhl, Produktmanager Wärmepumpen.

 

Neben diesen skizzierten Vorteilen punktet die Gas-Wärmepumpe darüber hinaus mit einem weiteren, nicht zu unterschätzenden Vorteil: Sie lässt sich in etwa in demselben Bereich wie ein Gas-Brennwertgerät einsetzen. Als sehr effizientes, regeneratives Heizsystem eignet sie sich beispielsweise für die Installation in mittleren und großen Gebäuden wie Mehrfamilienhäusern, Schulen, Verwaltungs- oder Industriegebäuden. Die Installation in einem Neubau ist ebenso möglich wie bei einer Modernisierung.
Gas-Wärmepumpen werden sowohl zur Innen- als auch Außenaufstellung angeboten. Die im Gebäude aufgestellten Varianten nutzen die Umweltquellen Sole und Wasser. Außerhalb des Gebäudes platzierte Anlagen beziehen ihre Umweltenergie aus der Umgebungsluft.

Grundlegend modernisiert
Im Komplettsystem mit Gas-Brennwertkessel, Trinkwasserspeicher, Pufferspeicher und abgestimmter Regelung spielt eine Luft/Wasser-Gas-Wärmepumpe ihre Stärken aus. Beispiel: ein modernisiertes Mehrfamilienhaus im baden-württembergischen Wernau. Das Gebäude aus dem Jahr 1959 bot keinen ausreichenden Wärmeschutz und verbrauchte unnötige Energie. Darüber hinaus war die Art der Raumheizung und Trinkwassererwärmung nicht mehr zeitgemäß: Gas-Kachelofen mit 9,3 kW Leistung als raumluftabhängige Verbrennungsstätte und elektrisch betriebener Warmwasserboiler mit 80 l Inhalt in jeder Wohnung.
Weil der Erdgasanschluss bereits vorhanden war, bot sich die weitere Nutzung dieses Energieträgers an. Jetzt liefern eine Gas-Absorptionswärmepumpe1) und ein Gas-Brennwertkessel2) Raumwärme und warmes Wasser. Damit ließen sich auch die strengen Anforderungen des Erneuerbare Energien-Gesetzes in Baden-Würt­temberg an eine Sanierung im Bestand erfüllen. Das verlangte zu diesem Zeitpunkt (2011) einen 50 %igen Anteil an regenerativer Wärmeerzeugung beim Einsatz einer Wärmepumpe und einer grundlegenden Modernisierung des Heizsystems.
Mit dieser Lösung und den zusätzlichen Maßnahmen zur Wärmedämmung ließ sich der Energieverbrauch erheblich senken: von rund 625 000 kWh/a auf nur noch knapp 60 000 kWh/a (umgerechnet auf 24 Wohneinheiten wie vor dem Umbau). Für die jetzt 30 Wohneinheiten liegt der Energiebedarf bei rund 80 000 kWh/a. Auch der CO2-Ausstoß hat sich deutlich reduziert. Dieser lag vor der Renovierung bei 152 t/a und jetzt noch bei 15 t/a – eine Einsparung von rund 137 t.
In dem Mehrfamilienhaus mit 2000 m² Wohnfläche deckt die Gas-Absorptionswärmepumpe mit 41 kW Leistung (bei A7/W35) die Grundlast, der Gas-Brennwertkessel mit 65 kW wird als Spitzenlastkessel und zur Trinkwassererwärmung eingesetzt. Die im Freien aufgestellte Wärmepumpe erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 165 % und eignet sich mit Vorlauftemperaturen von bis zu 65 °C auch für herkömmliche Heizflächen. Die Wärme kann jetzt über Heizkörper mit einer maximalen Vorlauftemperatur von bis zu 60 °C in dem renovierten Altbau des Mehrfamilienhauses verteilt werden. In den Neubauwohnungen ist eine Fußbodenheizung eingebaut. Hier liegt die Vorlauftemperatur bei 45 °C.
Weil die Anschlusstechnik der Wärmepumpe der eines Gas-Brennwertgerätes entspricht, ist die Installation für Handwerks­partner einfach. Werkseitig verfügt die Gas-Absorptionswärmepumpe über einen anschlussfertig gefüllten, wartungsfreien Kältekreislauf. Insgesamt ermöglicht die Technologie einen unterbrechungsfreien Betrieb selbst bei niedrigen Außentemperaturen. Ein weiteres Argument für den Einbau in dem modernisierten Mehrfamilienhaus in Wernau war der große Modulationsbereich von 50 bis 100 %. Damit eignet sich die Maschine ideal für ein bivalentes System mit einem Gas-Brennwertkessel.
Die Versorgung der etwa 80 Bewohner mit warmem Trinkwasser übernehmen zwei Trinkwasserspeicher mit Speicherladesystem3). Sie können zusammen 1500 l bevorraten. Mit warmem Trinkwasser beladen werden die Speicher über gelötete Edelstahl-Plattenwärmeübertrager. Ein weiterer Pufferspeicher4) bevorratet 500 l Heizungswasser. Er dient der Sicherstellung des für den Betrieb der Gas-Wärmepumpe notwendigen Mindestvolumenstromes und erhöht gleichzeitig deren Laufzeit und somit deren Effizienz.

Die Ansteuerung aller Systemkomponenten übernimmt eine übergeordnete Regelung5). Dadurch ist ein energieeffizienter und umweltschonender Betrieb möglich. Das eingebaute Regelgerät ist mit mehreren Funktionsmodulen ergänzt worden:

  • das Modul FM458 dient der Ansteuerung des Spitzenlastkessels,
  • das Modul FM444 dient zur Einbindung eines alternativen Wärmeerzeugers und eines Pufferspeichers in die Heizungsanlage,
  • mit dem Modul FM442 ist die Einbindung von zwei Heizkreisen mit oder ohne Stellglied in das Regelsystem möglich,
  • das Modul FM445 ermöglicht die Einbindung einer Temperaturregelung für ein Speicherladesystem mit externem Wärmeübertrager in die Heizungsanlage.

Schule mit modernster Heiztechnik
Auch in der Astrid-Lindgren-Schule in Bottrop wurde bei der Modernisierung des Heizsystems die gleiche Gas-Absorptionswärmepumpe1) installiert. Zuvor lieferte ein Gas-Niedertemperaturkessel mit 150 kW Leistung die benötigte Wärme. Das Wärmeverteilsystem für die 1100 m² zu beheizende Fläche besteht aus Heizkörpern mit einer Auslegungstemperatur von 75/55 °C. Ziel der energetischen Modernisierung war die deutliche Reduzierung der Heizkosten und eine erhebliche Senkung des CO2-Ausstoßes. Der Schulträger entschied sich für ein bivalentes Heizsystem mit einem bodenstehenden Gas-Brennwertkessel6) mit 160 kW Leistung zur Spitzenlastabdeckung und der Luft/Wasser-Gas-Wärmepumpe mit 41 kW Leistung bei A7/W35.
In dem historischen Gebäude sinkt der Energieverbrauch durch die Kombination der Gas-Absorptionswärmepumpe mit dem Gas-Brennwertkessel beachtlich. Die Energiekosten und CO2-Emissionen ließen sich um rund 38 % im Vergleich zur Altanlage senken. Bei der realisierten Lösung deckt die Gas-Wärmepumpe mit Vorlauftemperaturen bis zu 65 °C die Grundlast des Gebäudes. Je nach Vorlauf-Solltemperatur und Lufttemperatur ist die Gas-Wärmepumpe mit einem Wirkungsgrad von 120 bis 160 % in Betrieb, die Spitzenlast wird durch den Gas-Brennwertkessel abgedeckt. Um dem Ziel einer größtmöglichen Energieeffizienz nahe zu kommen, wurden außerdem die Auslegungstemperaturen des Heizsystems geprüft und auf Basis der
installierten Heizflächen reduziert. Daneben trägt der Austausch der Heizkreispumpe gegen eine Hocheffizienzpumpe zur Kos­tenreduzierung der Sekundärenergie bei. 

Nachgefragt

IKZ-HAUSTECHNIK: Buderus bietet für den mittleren bis höheren Leistungsbereich eine Gaswärmepumpe an. Welche Beweggründe waren ausschlaggebend, einen solchen Wärmeerzeuger zu entwickeln?
Peter Kuhl: Auch wir als Hersteller sind gegenüber der Gesellschaft verpflichtet, unseren Beitrag zur Erreichung der Klimaziele zu bringen. Die heute verbreitete Gas-Brennwerttechnologie stößt an die technischen Grenzen der Energieeffizienz. Auslöser unserer Entwicklung war deshalb, eine Symbiose aus Umweltwärme und Gas als Nachfolgetechnologie zur aktuellen Brennwerttechnologie zu schaffen. Ergebnis ist die Gaswärmepumpe.
IKZ-HAUSTECHNIK: Konventionelle Elektrowärmepumpen sind seit Jahren etabliert. Erklären Sie bitte den grundlegenden technischen Unterschied zwischen einer Elektrowärmepumpe und einer Gas-Wärmepumpe.
Peter Kuhl: Aus technischer Sicht lassen sich Wärmepumpen in zwei Gruppen aufteilen: in Elektrowärmepumpen, genauer gesagt Kompressor-Wärmepumpen, und in Sorptionswärmepumpen. Beide entziehen der Umwelt Wärme durch einen Verdampfer und stellen diese über einen Kältekreis mit Verdichter und Verflüssiger dem Heizsystem zur Verfügung. Den Aggregatzustand des Kältemittels ändern Elektrowärmepumpen mechanisch über den elektrischen Verdichter, bei Gas-Wärmepumpen geschieht das dagegen über chemische und physikalische Prozesse mithilfe von thermischer Antriebsenergie aus dem Gas.
IKZ-HAUSTECHNIK: In dem Artikel ist es schon angeklungen. Aber jetzt genau: Für welchen Einsatzbereich ist eine Gaswärmepumpe interessant?
Peter Kuhl:  Buderus hat sich bei der Entwicklung auf eine Gaswärmepumpe mit einer Leistung von ca. 41 kW konzentriert. Aufgrund der hohen erreichbaren Vorlauftemperaturen von bis zu 65 °C und der Kaskadierbarkeit eignet sich diese Technologie unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten sowohl für Neubau als auch für Modernisierung und Nachrüstung ideal.
IKZ-HAUSTECHNIK: Jedes Heizsystem hat seine Einsatzgrenzen. Da macht die Gas-Wärmepumpe keine Ausnahme. Von welchen Faktoren aber hängen Ihrer Meinung nach Erfolg und Einsatzmöglichkeiten von Gas-Wärmepumpen ab?
Peter Kuhl: Zu Beginn einer Planung müssen die Randbedingungen feststehen, darunter Heizlast und vor allem die Auslegungstemperaturen des Systems. Gas-Wärmepumpen sollten nur in Systemen zum Einsatz kommen, in denen die Temperaturen 65 °C bei entsprechender Auslegungstemperatur nicht überschreiten.
Wichtig ist auch eine korrekte hydraulische Einbindung. Nicht nur in Bezug auf die Wärmeerzeugung über die Gaswärmepumpe und gegebenenfalls einen zusätzlichen konventionellen Wärmeerzeuger, sondern auch auf das Wärmeverteilsystem. Wer das Wärmeverteilsystem prüft, den damit verbundenen hydraulischen Abgleich erledigt und eventuell falsch dimensionierte Heizkreispumpen durch richtige ersetzt, reduziert die Systemtemperaturen deutlich. Bindet man dann das Gas-Wärmepumpensystem korrekt in die Hydraulik ein, steht einem effizienten und energiesparenden Betrieb nichts mehr im Wege.
IKZ-HAUSTECHNIK: Wenn man Sie richtig verstehen darf, glauben Sie an eine große Zukunft für die Gas-Wärmepumpe. Was macht Sie da so sicher?
Peter Kuhl: Die Gaswärmepumpe ist als Nachfolger der Gas-Brennwerttechnik ein wichtiger Meilenstein, um die Klimaziele zu erreichen – und zwar im Einklang von Ökologie und Ökonomie. Damit sich diese Technologie auch bei unseren Kunden, dem Fachhandwerk verbreitet, war es für uns sehr wichtig, dass wir größtenteils Bauteile und Komponenten aus der bekannten Brennwert- und Elektrowärmepumpen-Technologie verwenden. Zusätzlich unterstützen wir unsere Fachpartner bei Planung und Inbetriebnahme und bieten zugehörige Services an. Denn eines ist uns bewusst: Nur gemeinsam führen wir diese zukunftsweisende Technologie zum Erfolg.

Autor: Peter Kuhl, Produktmanager Wärme­pumpen bei Bosch Thermotechnik GmbH (Bude­rus), WetzlarBilder: Buderuswww.buderus.de

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3) Speicher Logalux SF750 mit Speicherladesystem LSP3
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