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Kalte Luft für warmes WasserEffizienzverbesserte Generation von Luft-/Wasser-Split-Wärmepumpen erweitert Einsatzbereiche

Der Trend entwickelte sich bereits seit mehreren Jahren: Luft-/Wasser-Wärmepumpen sind deutlich auf dem Vormarsch. In 2009 kamen bereits rund 45% der verkauften Wärmepumpen aus dieser Sparte. Dominierten in den vergangenen Jahren vor allen Dingen außen aufgestellte Produkte den Markt, steht jetzt eine verbesserte Generation von Luft-/Wasser-Split-Wärmepumpen in den Startlöchern, die in puncto Effizienz noch einiges mehr zu bieten hat. Was kommt hier auf die Branche zu? Wie funktionieren diese Systeme und was ist von ihnen gerade im Baubestand zu erwarten? Fragen, die der nachstehende Beitrag klärt.

Bei der klassischen Innenaufstellung einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe befinden sich alle Komponenten im Gebäude.

Außenaufstellung einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe. Bei dieser Variante besteht das Problem, das erwärmte Heizungswasser mit möglichst geringem Verlust an das Heizverteilsystem des Gebäudes zu übergeben.

 

Die Grundvoraussetzungen zur Investition in eine Wärmepumpe sind derzeit attraktiv wie nie zuvor. Dafür sorgen Zuschüsse und Förderungen des Marktanreizprogramms MAP durch den Gesetzgeber sowie u.a. durch Programme der Energieversorger. Steigende Anforderungen an Wohngebäude und Heizsysteme wie Energieausweis, EnEV und EEWärmeG werden dem Markt zusätzlich einen Schub in Richtung Wärmepumpen verschaffen. Dazu kommt, dass Wärmepumpen lange nicht mehr ausschließlich dem Neubau vorbehalten sind. Im vergangenen Jahr wurden erstmals mehr Wärmepumpen im renovierten Bestand eingesetzt - und dieser Anteil wird in den kommenden Jahren weiter steigen. Prognostiziert wird auch ein nachhaltiges Wachstum des Wärmepumpenmarktes. Zudem wird durch die steigende Effizienz der Systeme der Betrieb immer günstiger, durch "grüne" Stromproduktion noch umweltschonender.
Luft-/Wasser-Wärmepumpen führten trotz dieser positiven Vorzeichen anfangs ein echtes Schattendasein - hinter ihren hoch effizienten Geschwistern, den Erdwärmepumpen. Zu groß waren einfach die Unterschiede hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Amortisationszeit dieser Systeme. Was auch einleuchtend ist: Gerade dann, wenn der Wärmebedarf am größten ist, ist die Energiequelle "Luft" am kältesten. Ganz im Gegensatz zu Erdsonden oder Erdkollektoren, die auf eine annähernd gleichbleibende Medientemperatur durch das Jahr hinweg setzen können.
Doch unbestreitbar waren und sind die Investitionskosten von Erdwärmepumpen höher. Daher waren es bislang insbesondere Wirtschaftlichkeits- und Amortisationsberechnungen, die in Verbindung mit den baulichen Gegebenheiten die notwendige Energiequelle für eine Wärmepumpe bestimmt haben. Doch Luft-/Wasser-Wärmepumpen haben in den vergangenen Jahren deutlich gewinnen können. Jetzt geht eine verbesserte Generation von Luft-/Wasser-Wärmepumpen an den Start, die das Potenzial hat, dem System Wärmepumpe künftig einen weiteren deutlichen Wachstumsschub zu geben.
Es handelt sich dabei um die Split-Technologie, bei der eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe in zwei separate Elemente getrennt wird. Bereits an dieser Stelle hören die Gemeinsamkeiten unter den Herstellern jedoch auf. Entsprechend unterschiedlich ist auch das Spektrum der Aufgabenstellungen, das sich jeweils im Außen- und Innengerät konzentriert. Aus durchaus nachvollziehbaren Gründen schwören die Produzenten teils auf eine Kältemittel-, teils auf eine Sole-basierende Verbindung zwischen den Einheiten. Erfolgt eine Heizungswasser-basierende Verbindung, liegt fachlich korrekt definiert keine Split-Technologie vor, weil es sich hierbei um eine komplette Außenaufstellung der Wärmepumpe handelt, die ihre Energie direkt in den Heizkreis bzw. Pufferspeicher leitet.

Wie funktioniert eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe mit Split-Technologie?
Bei der Split-Aufstellung sind die Funktionselemente räumlich voneinander getrennt. Je nach Ausführung können Innen- und Außenaggregat bis zu rund 30 m voneinander entfernt aufgestellt werden. Welche technischen Elemente in welcher Einheit untergebracht sind, ist herstellerabhängig. Bei Geräten mit geteiltem Kältekreislauf stehen der Verdampfer und das eigentliche Wärmepumpenaggregat außen und der Verflüssiger im Haus. Bei einer Sole-basierenden Verbindung steht die komplette Wärmepumpe in der Regel innen und nur ein Sole/Luft-Wärmeübertrager außen.

Welche Systeme hält der Markt mit welchen Vor- und Nachteilen bereit?
Wie bereits erläutert enthalten Innen- und Außenteil von Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie herstellerabhängig unterschiedliche Elemente. Egal welche Technik wo untergebracht ist - der kleinste gemeinsame, bzw. unterschiedliche Nenner ist die Teilung oder Geschlossenheit des Kältekreislaufs.
Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit geteiltem Kältekreislauf zeigen bereits in ihrem Namen den Nachteil für das Fachhandwerk auf. Der Kältekreislauf ist geteilt und muss bei der Installation verbunden sowie befüllt werden. Eine Tätigkeit, für die nicht nur ein besonderer Sachkundenachweis, sondern auch Spezialwerkzeug erforderlich ist. Wenn ein Betrieb diese Anforderungen nicht erfüllt, dann muss dieser in der Regel auf den Kundendienst des Herstellers oder einen örtlichen Kälteanlagenbauer zurückgreifen, um die Anlage vollständig installieren zu können.

Außeneinheiten von Sole-basierten Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie können frei platziert werden.

Bei der Split-Technologie mit geschlossenem Kältekreislauf kann dagegen die Verbindung der Wärmepumpen-Elemente auch durch das Fachhandwerk ohne Sachkundenachweis zum Umgang mit Kältemitteln erfolgen. Zirkuliert zwischen den Einheiten dann noch Sole, wird der Problematik der Frostsicherheit von wasserdurchflossenen Leitungen bei Stromausfall sicher vorgebeugt.
Der zweite Vorteil bei Aggregaten mit geschlossenem Kältekreislauf besteht in der Tatsache, dass die aus der Umwelt gewonnene Energie nicht auf einem hohen Temperaturniveau von bis zu 60°C oder mehr in das Gebäude geführt werden muss. Die nach außen gehende Sole weist immer Temperaturen unterhalb der Außentemperatur auf, damit über den Außenwärmeübertrager Wärme aufgenommen werden kann. Erst im Gebäude findet dann der eigentliche Wärmepumpenprozess statt, in dem die vorhandene Energie auf das gewünschte Temperaturniveau verdichtet wird. Das heißt: Potenzielle Wärmeverluste sind dadurch minimiert. Gleichzeitig können sowohl Vor- als auch Rücklaufleitungen oberhalb des Erdreichs geführt werden, weil ein Einfrieren nicht möglich ist. Dadurch können die Außeneinheiten von Sole-basierten Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Splittechnologie auch quasi frei im Garten dort platziert werden, wo weder der optische, noch der akustische Eindruck stört.
Basiert das System dagegen auf einer Kältemittelverbindung, sollten Innen- und Außengerät durch eine möglichst kurze Leitung verbunden werden, um den Wärmeverlust auf dem Transportweg zu minimieren. Dies impliziert automatisch eine deutliche Eingrenzung der Aufstellmöglichkeiten des Außengerätes.
Der Nachteil des grundlegenden Gerätekonzeptes einer Sole-basierten Verbindung besteht im zusätzlichen Sole-Wärmeübertrager und dessen Kreislauf, in dem ebenfalls Effizienzverluste entstehen können. "Deswegen haben wir in der Konstruktion unserer neuen ‚geoTHERM’ Wärmepumpe, die wir zur SHK Essen 2010 in den Markt einführen, in der Dimensionierung und Gestaltung des Außenteils jede nur denkbare Möglichkeit eingesetzt, um die Effizienz und damit die Jahresarbeitszahl und den COP zu steigern", so Andreas Christmann, Leiter Produktvermarktung bei Vaillant Deutschland, der weiter über die Ergebnisse dieser Bemühungen spricht: "Derzeit erreichen wir in Praxistests einen COP von 3,9. Das ist Branchenrekord." Im Allgemeinen basiert die Anlage auf der bereits bekannten Technologie. Das heißt, dass die Energie über einen Wärmeübertrager durch das Ansaugen von Außenluft gewonnen wird. Über einen Sole-Kreislauf wird diese dann der Wärmepumpe zugeführt.

Außengerät bei Anlagen mit geschlossenem Kältekreislauf. Die Wärmeenergie wird über das Ansaugen von Außenluft, die über einen Wärmeübertrager geführt wird, gewonnen und dabei auf einen Sole-Kreislauf übertragen.

Das Unternehmen Vaillant bereitet zurzeit jedoch die Möglichkeit zur Einbindung weiterer Energiequellen in das System vor. So soll beispielsweise zusätzliche Wärmeenergie aus Solarmodulen im Winter noch einmal gewinnbringend eingesetzt werden können: "Gerade im Winter kann die noch vorhandene Sonnenenergie das Wasser im Solarkreislauf nicht mehr auf eine wirtschaftlich verwendbare Temperatur für die Warmwasserbereitung erhitzen. Wird das z.B. rund 20°C warme Wasser aus dem Solarkreislauf aber in den Sole-Kreislauf der Wärmepumpe eingekoppelt, kann die Effizienz des Gesamtsystems entscheidend erhöht werden", erklärt Christmann und weiter: "Unsere Split-Wärmepumpe kann dann wie ein Baukasten-System genutzt und ergänzt werden. Der Anwender kann mit der reinen Split-Variante starten und später zwei Solarmodule oder eine andere Energiequelle in die Anlage einbinden. So können gerade auch im Baubestand überzeugende Anlagenkonzepte für den Einsatz Erneuerbarer Energien entstehen, die bislang nicht durchführbar waren. Die Einbindung der weiteren Energiequellen wie von Solarkollektoren wird durch ein Zusatzkit ermöglicht, das wir Anfang des kommenden Jahres anbieten werden. Alle unsere Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie sind aber bereits serienmäßig für diese Ergänzung ausgerüstet und vorbereitet."

Wo bzw. wann können Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie eingesetzt werden?
Grundsätzlich sowohl im Neubau als auch im Baubestand. Gerade im Altbau bilden die neuen Systeme jedoch besonders interessante Perspektiven. Erdsondenbohrungen oder Flächenkollektoren sind nicht erforderlich - dadurch werden bereits angelegte Gärten nicht in Mitleidenschaft gezogen. Auch voluminöse Durchbrüche in der Außenmauer für Luftkanäle sind nicht erforderlich. Bedingt durch die Effizienz der neuesten Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie bilden diese Produkte somit eine interessante Alternative im Baubestand - und das beim Vorliegen der entsprechenden Voraussetzungen sogar im energetisch nicht sanierten Bestand.

Für die Montage des Außengerätes hilft dem Fachhandwerk ein separater Sockel.

Bedingung dafür ist letztendlich die Leistung der Heizflächen. Gerade ältere Rippenheizkörper wurden früher oft erheblich überdimensioniert und können jetzt ggf. bei einer geringen Vorlauftemperatur von 45°C immer noch genügend Wärme abstrahlen, um die Räume bedarfsgerecht beheizen zu können. Basis der Empfehlung für eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe mit Splittechnologie sollte dann aber eine genaue Berechnung der zur Verfügung stehenden und benötigten Heizleistung in den einzelnen Räumen sein.

Wie verhält es sich mit der Jahreseffizienz und der Gesamtwirtschaftlichkeit?
In jedem Fall sollte der COP die Bedingungen zur Förderung durch die öffentliche Hand erfüllen. Dabei ist für das ausführende Fachhandwerk gerade beim ersten Einsatz eines Fabrikates nicht nur Genauigkeit, sondern auch Nachfragen beim Hersteller angesagt. 3,3 im Baubestand bzw. 3,5 im Neubau muss die Jahresarbeitszahl gemäß VDI 4650 betragen, um die Voraussetzungen für eine Förderung gemäß Marktanreizprogramm (MAP) zu erfüllen. Hier sollte der ausführende Betrieb genau auf die Angaben des Herstellers achten, denn letztendlich unterschreibt er die Fachunternehmererklärung und ist für die Angaben verantwortlich. "Teilweise geben die Hersteller in ihren Unterlagen hier lediglich Daten auf der Basis von zwei optimalen Betriebszuständen an. Das ist für einen seriösen Fachhandwerksbetrieb unhaltbar, und er steht hier auch in der Verpflichtung, das seinem Endkunden deutlich zu machen - schon alleine aus Haftungsgründen. Generell gilt ein gesundes Misstrauen, wenn ein Hersteller nur einige Zahlen plakativ in den Vordergrund stellt, nur wenige Daten und Fakten überhaupt preisgibt oder in der Praxis quasi irrelevante Betriebszustände die Basis der COP-Berechnungen bilden."
Die Berechnung der Jahresarbeitszahl müsse gemäß der entsprechenden Norm erfolgen und lasse bei seriöser Anwendung keinen Spielraum für Manipulation. "Allerdings wird auch mit Jahresarbeitszahlen geworben, ohne dass angegeben wird, auf welche Gebäudedaten sich diese beziehen. Oder es wird eine Jahresarbeitszahl in Verbindung mit einer Solareinbindung angegeben, die sich wiederum nicht förderungswirksam verwenden lässt. Die Jahresarbeitszahl ist bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen abhängig vom Gebäudestandort, der Vorlauftemperatur, der Heizgrenztemperatur des Gebäudes und der Spreizung des Heizsystems", erklärt Christmann.

Die neue Split-Wärmepumpe "geoTHERM" kann wie ein Baukasten-System genutzt und ergänzt werden. Der Anwender kann mit der reinen Split-Variante starten und später zwei Solarmodule oder eine andere Energiequelle in die Anlage einbinden.

Außerdem ist auch bei Luft-/Wasser-Split-Wärmepumpen ein Wärmemengenzähler gefordert. Hier sollte bei der Geräteauswahl darauf geachtet werden, dass die Wärmepumpe bereits über einen integrierten Wärmemengenzähler verfügt. Nur so vermeiden Endkunden prinzipiell überflüssige Zusatzinvestitionen. Der laut MAP ebenfalls erforderliche Strommengenzähler ist nahezu in allen Fällen bereits durch die separate Stromkostenerfassung der Wärmepumpe vorhanden.

Welche Aspekte müssen bei der Planung, Auslegung und Installation insbesondere berücksichtigt werden?
Für das SHK-Handwerk stellen sich bei Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie, die über eine Sole führende Leitung verbunden sind, kaum neue Anforderungen. Bei der Aufstellung sollten jedoch u.a. die Geräuschemissionen des Außengerätes berücksichtigt werden. Allgemein gilt: Je größer der Ventilator, umso geringer die erforderliche Drehzahl und umso geringer das Potenzial für störende Geräusche. Ist der Lüfter dann noch stufenlos ansteuerbar und bietet er spezielle Programme für den Nachtbetrieb, sind ideale Voraussetzungen für größtmögliche Ruhe geschaffen.
"Durch die vergleichsweise große Auslegung des Wärmeübertragers und des modulierenden Lüfters kann der Luftdurchsatz unserer neuen Wärmepumpe relativ gering sein, um dennoch die gewünschte Leistung zu erzeugen. Dadurch können wir derzeit sagen, das leiseste Gerät auf dem Markt herzustellen. Der Grund hierfür liegt auch in einem speziell designten Lüfterrad und einer computergenerierten Luftumlenkung zur Schallminimierung", erläutert Christmann weiter die Vorzüge des neuen Systems.

Welches Potenzial besitzt die Split-Technologie für Luft-/Wasser-Wärmepumpen in den kommenden Jahren?
Bedingt durch die eingangs aufgeführten Marktbedingungen und die im Beitrag dargestellten technischen Voraussetzungen zum Betrieb der Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie haben diese Systeme in den kommenden Jahren erhebliche Wachstumschancen. Dies betrifft insbesondere Anlagen, die eine Einkopplung weiterer eventuell bereits vorhandener erneuerbarer Energiequellen wie Solarkollektoren, erlauben. Kann der Solarkreislauf dann einfach in den Solekreislauf einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe mit Splittechnologie eingebunden werden, bestehen ideale Bedingungen für die Modernisierung.
Gerade durch die Möglichkeit zum Modernisierungseinsatz im Baubestand besteht hierbei auch das Potenzial, sich im klassischen Ein- und Zweifamilienhaus von fossilen Energieträgern unabhängig zu machen. Deswegen erwarten sowohl die Hersteller als auch neutrale Experten einen nachhaltig stabilen Wachstumsmarkt für die verbesserten Systeme. Das SHK-Fachhandwerk sollte sich daher frühzeitig über die neuen Produkte der Hersteller informieren und sich anhand nachvollziehbarer Daten und des angebotenen Service- und Dienstleistungsprogramms eine fundierte Meinung über Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technologie bilden.

Bilder: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG, Remscheid

www.vaillant.de

 


Vaillant auf der SHK Essen
Die neue "geoTHERM"-Luft-/Wasser-Wärmepumpe in Split-Ausführung präsentiert das Unternehmen Vaillant zur SHK Essen auf seinem Messestand in Halle 3, Stand 139.

 

 


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