Wärmstens zu empfehlenModernisierung mit Luft/Wasser-Wärmepumpe

Das attraktive Preis-Leistungsverhältnis sowie die vielfältigen Aufstellmöglichkeiten haben dazu geführt, dass zunehmend Luft/Wasser-Wärmepumpen in Split-Bauweise bei der Modernisierung zum Einsatz kommen. Ihre Technik basiert auf den millionenfach bewährten Split-Klimageräten.
Hinzu kommt, dass die Außenluft als Wärmequelle ohne Aufwand erschlossen werden kann. Es sind weder Erdarbeiten erforderlich, noch müssen Zu- und Abluftkanäle verlegt werden. Lediglich zwei Kältemittelleitungen und der elektrische Anschluss sind aus dem Gebäude heraus zur Außeneinheit zu führen.

Effiziente Technik
Bei Split-Wärmepumpen ist der Kältekreis geteilt. Sie bestehen aus einem außerhalb und einem innerhalb des Gebäudes aufgestellten Geräteteil. Außen- und Inneneinheit sind häufig über Kältemittelleitungen miteinander verbunden (Bild 1). In der Außeneinheit dieser Wärmepumpe sind dann Verdampfer, Ventilator, Verdichter und Expansionsventil untergebracht. Die Inneneinheit enthält des Weiteren den Verflüssiger, ein 3-Wege-Umschaltventil, eine Heizkreispumpe, ein Ausdehnungsgefäß, die Regelung sowie optional auch einen Elektro-Zusatzheizer (Bild 2).

Bild 2: Innen- und Außeneinheit einer modernen Luft/Wasser-Wärmepumpe in Split-Bauweise.

Bild 3: Beispiel für eine bivalente Heizungsanlage mit Split-Wärmepumpe und herkömmlichem Öl- oder Gas-Heizkessel (vereinfachtes Schema).

Bild 4: Vereinfachte Darstellung der Verteilung der Jahresheizarbeit bei bivalent-alternativer Betriebsweise.

Split-Wärmepumpen erreichen z. B. eine Leistungszahl bis 4,6 (bei A 7 °C/W 35 °C nach EN 14511) oder z. B. bis 3,5 (bei A 2 °C/W 35 °C nach EN 14511). Das schafft beste Voraussetzungen für hohe Jahresarbeitszahlen. Eine hohe Effizienz unterstützen ein invertergesteuerter Verdichter sowie der Einsatz eines elektronisch geregelten Expansionsventils, statt des bei herkömmlichen Wärmepumpen üblicherweise thermostatisch geregelten Ventils. Um eine Geräuschreduktion zu bestimmten Zeiten zu gewährleisten, sollte sich die Ventilatordrehzahl im Nachtbetrieb automatisch reduzieren lassen.

Luft/Wasser-Wärmepumpen in bivalenten Anlagen
Grundsätzlich gilt für alle Wärmepumpen: Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und dem Heizungswasser ist, desto besser sind Leis­tung und Effizienz. Bei sinkenden Außenlufttemperaturen vergrößert sich jedoch die Temperaturdifferenz, während zugleich die Heizlast steigt, um innerhalb des Hauses die gewünschten Raumtemperaturen erreichen zu können. Um in einem unsanierten Bestandsgebäude ganzjährig eine Luft/Wasser-Wärmepumpe als alleinigen Wärmeerzeuger einsetzen zu können (monovalenter Betrieb), wären deshalb in der Regel Leistungen erforderlich, die nur an den relativ wenigen sehr kalten Tagen eines Jahres vollständig abgerufen würden. Während des weitaus größten Teils der Laufzeit wäre eine solche Wärmepumpe überdimensioniert.

Bild 5: Deckung des Jahreswärmebedarfs bei einer bivalent-teilparallelen Betriebsweise.

Aus diesem Grund werden Luft/Wasser-Wärmepumpen im unsanierten Gebäudebestand mit seinen üblicherweise hohen Heizsystem-Temperaturen besonders vorteilhaft in bivalenten Anlagen betrieben (Bild 3). In diesen Anlagen beträgt der Deckungsanteil der Wärmepumpe an der Jahresheizarbeit bis zu 90 %. Entsprechend groß sind die erzielbaren Brennstoffeinsparungen und die Minderung des CO2-Ausstoßes gegenüber dem ausschließlichen Betrieb des Öl- oder Gas-Heizkessels.

Außerdem bieten bivalente Anlagen noch weitere Vorteile:
• Die Abhängigkeit von den fossilen Brennstoffen ist deutlich geringer,
• durch die Nutzung von zwei Energieträgern ist die Versorgungssicherheit besonders hoch,
• die Nutzungsdauer des Heizkessels wird wesentlich verlängert.

Betriebsweisen bivalenter Anlagen
Anlagen mit Wärmepumpe und Heizkessel können entweder
• bivalent-alternativ oder
• bivalent-parallel
betrieben werden.

Bivalent-alternativ
Oberhalb einer bei der Anlagenplanung festzulegenden Außentemperatur, dem sogenannten Bivalenzpunkt (z.B. -5 °C) arbeitet die Wärmepumpe als alleiniger Wärmeerzeuger. Sinkt die Außentemperatur unter diesen Punkt, so schaltet sich die Wärmepumpe ab und der Heizkessel übernimmt die Wärmeversorgung des Gebäudes (Bild 4). Steigt die Temperatur wieder an, so wird bei Erreichen des Bivalenzpunktes der Heizkessel abgeschaltet und die Wärmepumpe geht wieder in Betrieb. Das wechselweise An- und Abschalten von Wärmepumpe und Heizkessel wird von den Regelungen der beiden Wärmeerzeuger automatisch vorgenommen.
Mit einem Öl- oder Gas-Heizkessel als Spitzenlastkessel erlaubt die alternative Betriebsweise auch Vorlauftemperaturen, die über der von der Wärmepumpe maximal lieferbaren Vorlauftemperatur liegen. Damit eignet sich der Alternativbetrieb insbesondere auch für Heizungsanlagen mit hohen Systemtemperaturen, wie sie in älteren Gebäuden mit konventionellem Wärmeverteil- und Abgabesystem (Heizkörper) häufig anzutreffen sind.

Bivalent-parallel
Bei der bivalent-parallelen Betriebsweise wird die Wärmepumpe unterhalb einer bestimmten Außentemperatur (Bivalenzpunkt) durch den Heizkessel ergänzt. Beide Wärmeerzeuger sind dann gleichzeitig in Betrieb. Die Zuschaltung des Heizkessels erfolgt über dessen Regelung in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der notwendigen Heizlast des Gebäudes.
Häufig arbeiten bei dieser Betriebsweise Wärmepumpe und Heizkessel ab dem Bivalenzpunkt bis zu einer definierten Außentemperatur gemeinsam. Unterhalb dieser Außentemperatur (auch als zweiter Bivalenzpunkt bezeichnet) schaltet die Wärmepumpe ab und der Heizkessel deckt den gesamten Wärmebedarf des Gebäudes alleine. Diese Kombination aus paralleler und alternativer Betriebsweise wird auch als bivalent-teilparalleler Betrieb bezeichnet (Bild 5).

Komplettsanierung in drei Schritten
Die Kombination einer modernen Luft/Wasser-Wärmepumpe mit dem vorhandenen Heizkessel ist eine wirtschaftliche und besonders zukunftssichere Lösung. Sie kann zugleich auch eine erste und vergleichsweise einfach zu finanzierende Maßnahme zur schrittweisen energetischen Komplettsanierung eines Hauses sein.
Soll ein Einfamilienhaus energetisch komplett saniert werden, so erfordert allein die Rundum-Wärmedämmung (Dämmung aller Fassaden, des Daches sowie der Kellerdecke, Einbau von Wärmeschutzverglasung etc.) nicht selten Investitionen von 40 000 Euro und mehr. Hinzu kommen die Kosten für den neuen Wärmeerzeuger und gegebenenfalls für die Erneuerung von Anlagenkomponenten wie Pumpen und Heizkörper. Wenn das für eine Komplettsanierung notwendige Budget nicht verfügbar ist, bietet es sich an, die Sanierung schrittweise anzugehen.
Grundsätzlich stellt sich dabei die Frage, in welcher Reihenfolge Maßnahmen zur Heizungsmodernisierung und zur Wärmedämmung der Gebäudehülle ergriffen werden sollten, um einen optimalen Nutzen zu erzielen. Kann aus finanziellen Gründen zunächst nur eine der Maßnahmen durchgeführt werden, so sollte im ersten Schritt die Heizung modernisiert werden – zum Beispiel durch den Einbau der Split-Wärmepumpe. Ihre Installation ist schon zu Kosten möglich, die in der Regel nur einen Bruchteil der Summe betragen, die für eine komplette Wärmedämmung benötigt wird. So kann mit einer vergleichsweise niedrigen Investitionssumme eine hohe Brennstoffeinsparung erzielt werden.
Bei der Modernisierung kommt der Einbau einer Fußbodenheizung nur selten infrage. Um die Systemtemperaturen zu senken – und so einen möglichst großen Anteil der Wärmepumpe an der Jahresheizarbeit zu erzielen – können aber im Rahmen der Heizungsmodernisierung einige der vorhandenen Radiatoren durch Tieftemperatur-Heizkörper ersetzt werden. Diese Maßnahme ist deutlich einfacher und kos­tengünstiger zu realisieren als der nachträgliche Einbau einer Fußbodenheizung.
Tieftemperatur-Heizkörper liefern bei gleicher Heizkörperfläche zwei- bis dreimal mehr Wärme als ein herkömmlicher Heizkörper – entsprechend niedriger können die Systemtemperaturen eingestellt werden. Ihre hohe Leistung bei der Wärmeabgabe erreichen Tieftemperatur-Heizkörper durch z. B. elektronisch geregelte Axialventilatoren, die auf einem sehr kompakten Kupfer-Aluminium-Wärmetauscher angebracht sind (Bild 6). Diese Kombination ermöglicht einen Boostereffekt (eine Art Leistungsverstärkung): mehr Wärme als ein gleich großer konventioneller Heizkörper und zugleich eine bis zu neunmal schnellere Wärmeverteilung im Raum.
Zu irgendeinem späteren Zeitpunkt können dann im zweiten Schritt der energetischen Komplettsanierung die Dämmmaßnahmen sinnvoll und wirtschaftlich durchgeführt werden. Zum Beispiel dann, wenn ohnehin Instandhaltungsarbeiten an der Gebäudehülle vorgenommen werden müssen. Muss beispielsweise das Dach erneuert werden, so sollte in diesem Zuge auch gleich die Dämmung erfolgen. Auf diese Weise bleiben die Kosten für die Arbeiten im Rahmen.
Ist dann das Gebäude entsprechend wärmegedämmt, kann im dritten und letzten Schritt die Split-Wärmepumpe als alleiniger Wärmeerzeuger für die wirtschaftliche Beheizung und Trinkwassererwärmung sorgen. Der Betreiber heizt dann klimaschonend mit Umweltwärme und ist gänzlich unabhängig von fossilen Brennstoffen.

Bild 6: Der Boostereffekt ermöglicht eine höhere Leistung als ein gleich großer konventioneller Heizkörper. Dadurch können die Systemtemperaturen abgesenkt werden.

Beispiel
Den Erfolg einer solchen Vorgehensweise verdeutlicht das Beispiel eines freistehenden Einfamilienhauses von 1953 (Tabelle 1). Die beheizte Wohnfläche beträgt 145 m².

Fazit
Effiziente Luft/Wasser-Wärmepumpen sind nicht nur für die Wärmeversorgung von Neubauten, sondern können auch zur Nutzung von Naturwärme im Gebäudebestand eine wirtschaftliche Lösung sein. In bivalenten Anlagen – kombiniert mit dem vorhandenen Öl- oder Gas-Heizkessel – übernehmen sie bis zu 90 % der Jahresheizarbeit. Entsprechend werden Öl oder Gas eingespart und der CO2-Aussstoß verringert.
Eine für viele Modernisierer attraktive Lösung ist die schrittweise energetische Sanierung. Mit einer vergleichsweise geringen Investitionssumme wird zunächst eine Split-Wärmepumpe installiert – gegebenenfalls ergänzt um Tieftemperatur-Heizkörper zur Absenkung der Systemtemperaturen. Im zweiten Schritt können zu einem späteren Zeitpunkt Dämmmaßnahmen am Gebäude dann kostengünstig durchgeführt werden, wenn ohnehin Instandhaltungsarbeiten an der Gebäudehülle anstehen. Zuletzt kann der alte Heizkessel entfernt werden und die Split-Wärmepumpe bleibt als alleiniger Wärmeerzeuger bestehen. Auf diese Weise lässt sich nach und nach ein Gebäude vollständig energetisch sanieren – immer dann, wenn es das Budget des Hausbesitzers zulässt.

Autoren: Dipl.-Ing. Egbert Tippelt, Viessmann Deutschland GmbH, Allendorf
Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf

Bilder: Viessmann

www.viessmann.de

Tabelle im Anhang als PDF.