Wärme aus EE in der Gebäudesanierung

Doch bevor man sich an die Auswahl erneuerbarer Möglichkeiten macht, gilt es den Bedarf an Wärme (oder Kälte) zu minimieren. Dies betrifft in der Hauptsache den Wärmeschutz des Gebäudes und rückt die thermische Hülle in den Fokus, welche für den Heizwärmebedarf primär verantwortlich ist. Undichtigkeiten in der thermischen Hülle sowie die Lüftung sorgen für weitere Wärmeverluste, die als Heizwärmebedarf kompensiert werden müssen.
Die erhöhte Luftdichtigkeit von Gebäuden nach einer energetischen Sanierung verlangt in der Regel eine Lüftungsanlage, da der bauliche Feuchteschutz nicht wirklich nur durch Fensterlüftung zu gewährleisten ist. Auch aus diesem Grund verlangt die Neufassung der DIN 1946 – Teil 6 ein Lüftungskonzept, das auf dem Nachweis der Notwendigkeit lüftungstechnischer Maßnahmen fußt und das Thema Wohnungslüftung aus dem Dornröschenschlaf reißt.
Aber nicht nur den Heizwärmebedarf für die Raumtemperierung gilt es abzudecken, sondern auch das Trinkwasser soll erwärmt werden. Dieser Bedarf ist unabhängig von der energetischen Qualität der thermischen Hülle, sondern ausschließlich von der Anzahl der Bewohner und ihren Bedürfnissen abhängig. Ebenso ist die Trink-Warmwassertemperatur definiert und kann nicht nach unten reduziert werden. Zur Wärmeübertragung an den Raum aber sehr wohl. Niedrige Systemtemperaturen sind die Grundlage eines hohen Wirkungsgrades oder optimaler Arbeitszahlen. Je niedriger die notwendige Vorlauftemperatur eines Heizkreises ist, desto höher ist der solare Deckungsteil, desto geringer ist der Aufwand einer Wärmepumpe, desto sanfter wird der Pufferspeicher eines Biomassekessels entladen.

Solarthermisches Kollektorfeld als Aufständerung auf einem Flachdach. Auf fachgerechte Befestigung (Windlasten) ist dabei zu achten.

Auch luftgeführte Solarkollektoren sind vielseitig einsetzbar. Im Sommer erwärmen sie über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher das Warmwasser, im Winter erwärmen sie direkt die Frischluft einer Wohnungslüftungsanlage.

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Solarthermie zur Trinkwassererwärmung

Auch wenn es der alte Kessel noch tun sollte, steht einer solaren Trinkwassererwärmung nichts im Wege, um den fossilen Rohstoffen ein Schnippchen zu schlagen. Dies kann jederzeit und unabhängig von einer energetischen Sanierung geschehen. Der Kessel ist im Sommer weitestgehend aus, was eine Reduzierung der Betriebsstunden und somit des Verbrauchs bedeutet. Des Weiteren verlängern sich die Reinigungsintervalle. Bei einer solaren Jahres-Deckungsrate von 60%, ist in der Regel davon auszugehen, dass der Kessel in den Sommermonaten nicht läuft. Allein um den Primärenergiebedarf zu reduzieren, ist die solare Trinkwassererwärmung der Einstieg. Dieser kann entsprechend erweitert werden und in eine Erweiterung zu einem späteren Zeitpunkt  mit der Erneuerung der restlichen Heizungsanlage die finale Bestimmung erhalten. Also sollte schon bei einem Einstieg bei der Trinkwassererwärmung das weitere, gesamte Konzept beachtet werden.

Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung

Geht man in der Auslegung des solarthermischen Kollektorfeldes etwas weiter, ist eine solare Heizungsunterstützung nicht nur in der Übergangszeit, sondern durchaus auch mitten im Winter an sehr kalten Tagen zu erreichen. Voraussetzung hierfür ist ein Niedrigtemperatursystem, am besten eine Flächenheizung. Die solare Heizungsunterstützung verlangt eine direkte Verbindung mit dem Heizungswasser. Ein Solar-Pufferspeicher bietet nicht nur die Integration in das Heizungssystem, sondern auch eine solare Vorhaltung von Wärme. Es kann zudem auf den alten Warmwasserspeicher verzichtet werden, denn Kombi-Pufferspeicher beinhalten eine Warmwasserblase, in der das Trinkwasser über die Fläche des internen Behälters durch Heizungswasser erwärmt wird. Im unteren Bereich befindet sich der Solar-Wärmetauscher.
Wer auf die Warmwasserbevorratung verzichten will, kann mit einem einfachen Solar-Pufferspeicher und einer externen Frischwasserstation das Trinkwasser hy-gienisch und effizient erwärmen, und zwar nur dann, wenn es auch benötigt wird. Auch wenn die Frischwassertechnik nicht namentlich zu den EE zu zählen ist, so steht sie doch im unmittelbaren Zusammenhang mit derselben, insbesondere im Kontext der Energieeffizienz von Wohngebäuden überhaupt.

Zentralheizungspelletkessel mit angeflanschtem Vorratsbehälter für Pellets und Anschlüsse einer Saugaustragung.

Luft-Wasser-Zentralheizungswärmepumpe zur Außenaufstellung. Im Gebäude befinden sich nur der Pufferspeicher und die Bereitstellungstechnik für Heizung und Warmwasser.

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Alternative oder Tandem: die WW-WP

Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innenaufstellung. Die Luftführung (Zuluft und Fortluft) erfolgt über die Außenwände.

Heizungspufferspeicher mit Frischwasserstation, die platzsparend direkt am Pufferspeicher montiert ist.

Sollte eine Solaranlage zur Trinkwassererwärmung aus welchen Gründen auch immer nicht möglich sein, bietet die Warmwasserwärmepumpe (WW-WP) eine hervorragende Alternative. Die Trinkwassererwärmung mit Umweltwärme benötigt zwar mehr Hilfs-
energie als die solare Trinkwassererwärmung, doch dafür steht sie ganzjährig zu 100% zu Verfügung, bei Tag und bei Nacht. Und schließlich ist der Energiebedarf weniger als 50% von fossilen Wärmeerzeugern. Die Kosten für einen vier Personen-Haushalt betragen bislang weniger als Hundert Euro.
Durch eine vollkommene Abdeckung des Trink-Warmwasserbedarfs  aus Umgebungsluft wird für das Warmwasser kein Kesselmehr benötigt, eine notwendige Nacherwärmung entfällt. Der Kessel läuft nur noch in der Heizperiode und dann auch nur für die Heizung. Die einfachste Variante ist eine Speicher-WW-WP. Sie wird an Stelle des alten Warmwasserspeichers positioniert. Der Speicherladekreis kann optional angeschlossen werden, muss aber nicht.
Natürlich kann eine WW-WP auch mit einer solarthermischen Anlage kombiniert werden. Das Wärmepumpenaggregat fungiert dabei als Nacherwärmer, wenn der Solarthermie die Sonneneinstrahlung ausgeht. Aber auch die hygienische Frischwassertechnik ist mit WW-WP möglich.
Split-WW-WP bestehen nur aus dem Wärmepumpenaggregat ohne Speicher. Über einen Speicherladekreis können sie somit an einen Pufferspeicher angeschlossen werden und auch die Raumheizung unterstützen. Umso mehr, wenn das Split-Gerät vornehmlich zum Kühlen verwendet wird. In jedem Fall kann somit auch die Frischwassertechnik zur Anwendung kommen und als Sparringspartner ein Stückholz-, oder Pelletkessel den alten Wärmeerzeuger ablösen. Darüber hinaus kann eine WW-WP auch Wärme aus Abluft als Wärmequelle nutzen und Bestandteil einer zentralen Abluftanlage sein, die in der Sanierung beispielsweise durch externe Frischlufteinlässe ergänzt wird.

Frischlufttemperierung und Trinkwassererwärmung

Ein ursprünglich mit dezentraler Frisch-lufteinführung geplantes Lüftungskonzept kann zu einem zentralen Frischluftkanalsystem ausgebildet werden, dem ein Solar-Luftkollektor vorgeschaltet wird. Im Winter wird nicht das Wasser im Puffer für die Heizung erwärmt, sondern die Wärme wird direkt auf die Frischluft übertragen und somit eine solare Raumlufterwärmung realisiert, die unmittelbar im Wohnraum die Heizung unterstützt. Über die Stellglieder, welche von den Raumthermostaten bedient werden, findet die Entlastung der Wärme-übertragung an den Raum statt.
Im Sommer  wird die solarerwärmte Luft über einen Bypass an einen Luft-Sole-Wärmetauscher geführt und erwärmt wie eine herkömmliche Solaranlage den Speicher im Keller erwärmt. Dieses System der direkten Raumlufterwärmung macht auch niedrige Kollektortemperaturen nutzbar. Es genügen schon wenige Grad mehr, als die Raumluft beträgt.

Der Pufferspeicher im Zentrum

Auch wenn der alte Kessel noch bestehen bleibt, kann dieser natürlich auch mit einem Pufferspeicher betrieben werden. Durch das erweiterte Heizungswasservolumen und die Vorhaltung kann der Kesselbetrieb dahingehend optimiert werden, dass der Kessel wesentlich längere Laufzeiten und längere Stillstandszeiten aufweist. Längere Laufzeiten haben eine effizientere Betriebsweise zur Folge, da weniger Verbrennungsrückstände zurückbleiben. In einem nächsten Schritt kann überlegt werden, welcher Wärmeerzeuger den alten Kessel ablösen soll.
Egal ob Wärmepumpe oder Pelletkessel, ein Pufferspeicher ist die Grundlage nicht nur einer solarthermischen Integration in das Heizungssystem, sondern auch, um aus der Vielzahl erneuerbarer Möglichkeiten schöpfen zu können, sich Optionen offenhalten zu können und um verschiedene Wärmeerzeuger zusammenführen zu können.

Nutzung von Umweltwärme

Dennoch ist die solare Heizungsunterstützung begrenzt. Wesentliche Wochen in der Heizperiode sind weniger durch Kälte als durch dichte Bewölkung gekennzeichnet und reduzieren den Solarertrag erheblich, wenn aber doch die Raumheizung stetig in Betrieb ist. Je kleiner die Flamme, desto geringer der Bedarf. Möchte man den Anteil an solarer Heizungsunterstützung aber optimieren, bedeutet das eine Vergrößerung des solarthermischen Kollektorfeldes. Dies wiederum bedeutet eine Überdimensionierung der Kollektoren für den Sommerbetrieb und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades, da die Kollektoren sich die meiste Zeit im Stillstand befinden. Die Temperaturen und Drücke steigen und fordern die Anlage zu Höchstbelastungen, deren Sicherheitstechnik funktionieren muss. Leider fehlt im Sommer der Wärmeverbrauch, bezogen auf die Anlagenleistung. Eine solare Heizungsunterstützung ist aber auch auf dem Wege zu erreichen, dass man die Wärmequelle einer Wärmepumpe solarthermisch optimiert.
Grundvoraussetzung für eine Zentralheizungswärmepumpe in der Sanierung ist, die Reduzierung der Systemtemperaturen auf maximal 55°C. Und das in erster Linie  für die Trinkwassererwärmung. Für die Raumwärme sollten es deutlich weniger sein. Ein Niedrigtemperatursystem mit einer Auslegungstemperatur von 40°C/30°C/20°C. Die Kombination erdgekoppelter bzw. solegeführter Wärmepumpen mit solarthermischen Anlagen ist schier kongenial und bietet vielerlei Potenziale durch die gegenseitige Ergänzung beider Wärmequellenanlagen.

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Wärme aus Biomasse

Biomassekessel sind nicht nur eine gute Option in Sachen Bivalenzen mit Wärmepumpen, sondern sind auch gefragt, wenn es um höhere Temperaturanforderungen geht. Bleiben beispielsweise die bestehenden Heizkörper in Betrieb und benötigen diese mehr als 50°C im Auslegungsfall, ist oftmals ein Pellet- oder Stückholzkessel die bessere Lösung. In ländlichen Regionen ist der Anteil an Scheitholzheizungen sehr hoch. In Ballungsgebieten und Städten ist es der Brennstoff Pellets, der seine Stärken ausspielt. Die Tradition des Feuers hat sich in eine Vielzahl von Holzheizungssystemen entwickelt.
Bei einem optimalen energetischen Standard der thermischen Hülle genügen oft schon weniger als fünf Ster. Wassergeführte Kamin- und Kachelöfen, aber auch Zentralheizungs-Küchenherde für Stückholz oder Pellets erwärmen das Heizungswasser im Pufferspeicher. Von dort aus gelangt die Wärme über das wassergeführte Zentralheizungssystem in alle Bereiche des Wohnens.

Fördersituation
nicht entscheidend

Der energetische Standard von Wohngebäuden macht bereits die EE sowohl im Neubau, aber auch in der Sanierung von Wohngebäuden unentbehrlich. Sie haben sich längst etabliert und sind technisch ausgereift. Auch wenn die momentane Förder-situation beklagenswert ist, sollte sie die Technik und die Zukunft nicht infrage stellen. Eine Umfrage unter den Kunden des Forums Wohnenergie ergab, dass für weit mehr als 90% die Fördersituation, besonders aus dem MAP, keineswegs entscheidend für Investitionen gewesen sei. Es gibt genügend Menschen, die ihren persönlichen Einstieg in die Energiewende konsequent umsetzen wollen. Das Fachhandwerk der Gebäudetechnik tut gut daran, diesen Kundenwünschen optimal zu entsprechen.

Bilder: Hartmann/Forum Wohnenergie