Chancen und Einsatzmöglichkeiten im Altbau

Nach der Begrüßung referierte als erster Carsten Colling von der TWK GmbH zum Stand der Heizungstechnik im Altbau. Damit setzte er den Ausgangspunkt für die nachfolgenden Vorträge, denn um Wärmepumpen für diesen Bereich ging es in den folgenden Darlegungen. Colling gab einen sehr gut recherchierten Überblick über die Altbau-Heizungen mit einem Zeithorizont von über 30 Jahren. Dabei zeigte sich ein Bild, das ein großes Modernisierungspotenzial von 2,7 Millionen Heizungsanlagen beinhaltet. Das beruht auf Umfragen, die 21 Prozent der Heizungsanlagen älter als 20 Jahre und 48 Prozent älter als 13 Jahre ausweisen. Diese älteren Anlagen laufen oftmals noch mit hohen Vorlauftemperaturen, sind nicht oder schlecht hydraulisch abgeglichen und werden oft mit ungeregelten Pumpen betrieben. 13 Prozent der Betreiber dieser alten Anlagen würden sich bei Modernisierung für eine Wärmepumpenheizung entscheiden.

Die tatsächlichen Verkäufe lagen 1999 bei einem Prozent und 2009 bei neun Prozent. Im Bestand sind 13 bis 14 Prozent erreicht. Vor allem die älteren Hausbesitzer schrecken vor einer Modernisierung zurück, solange die alte Technik noch funktioniert. Zudem herrscht eine große Unsicherheit über die richtigen Entscheidungen, auch über die Förderprogramme, was allerdings oft auch an den Verbrauchern selbst liegt, weil sie verfügbare Informationen nicht abrufen bzw. sich nicht um Informationen bemühen. Es herrscht zudem ein hoher Informationsbedarf hinsichtlich der Heiztechniken. Auf diesem Gebiet haben vorrangig die Anbieter von Wärmepumpenheizungen ihre Aufgabe der Aufklärung zu sehen. Das beginnt beim Heizungsbauer, berührt aber auch die Energieversorger und endet nicht zuletzt bei solchen Veranstaltungen, wie sie hier rezensiert wird. Dieses Wissen zu verbreiten, hat sich auch die KK mit diesem Beitrag zum Ziel gesetzt.

Christel Russ vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme berichtete über ein Projekt zur Untersuchung der Effizienz von Wärmepumpen in unsanierten Bestandsgebäuden. Dazu wurden 73 Wärmepumpen von zehn Herstellern zwei bis drei Jahre unter realen Nutzungsbedingungen untersucht und bewertet. Es handelte sich dabei sowohl um Sole/Wasser-WP und um Luft/Luft-WP unterschiedlicher Ausführung bis 14 kW Heizleistung.

Wichtige Ergebnisse sind:

• Sole/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Feldtest in Bestandsgebäuden im Mittel Arbeitszahlen von 3,3.
• Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Feldtest in Bestandsgebäuden im Mittel Arbeitszahlen von 2,6.
• Die Primärenergieeinsparung gegenüber Öl-Kessel beträgt im Mittel bis zu 32 Prozent.

Die Streuung der Werte ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass keine oder sehr unterschiedliche Einstellungen der Heizkurve zugrunde liegen. Daraus lassen sich dann folgende Schlussfolgerungen ziehen:

• ein bedarfsgerechtes Einstellen der Heizkurven verbessert die Arbeitszahl,
• Temperaturen der Wärmesenke sollten unter 50 °C liegen, deshalb ist Reduzieren des Heizwärmebedarfes durch energetische Sanierung und Anpassen der Wärmeübergabeflächen wichtig,
• die richtige Abstimmung der Leistung der Wärmepumpe auf den Wärmebedarf des Gebäudes ist wichtig, Über- bzw. Unter­dimensionierung der WP sollte nicht zugelassen werden,
• auf Einsatz gut funktionierender Komponenten im hydraulischen Kreis ist zu achten, z.B. Dreiwegeventile, Absperrklappen,
• die Steuerungs- und Regelungsvorgänge sind zu optimieren, z.B. durch Reduzieren der Betriebszeiten für Heizung im Sommer (Abstellen der Heizkreispumpen, prädikative Regelungen).

Mit diesen Maßnahmen können Wärmepumpen im Bestand auf ein gutes Niveau gebracht werden und die Nutzerakzeptanz steigt stark an.

Frank Götz von der Bosch Thermo­technik GmbH sprach über bivalente ­Wärmepumpen für Neubau und Modernisierung, also im zweiten Teil zum Tagungsthema passend. Bivalente Wärmepumpensysteme dienen vornehmlich der Einsparung von Energiekosten, der größeren Unabhängigkeit von Öl und Gas und der Einsparung wertvoller Primärenergien. Sie ermöglichen zu guten Bedingungen für die Wärmepumpe das Erreichen der erforderlichen Brauchwassertemperatur von 60 °C oder darüber und verbessern die Energie-Effizienzklasse der Wärmepumpe. Bei der Dimensionierung der Wärmepumpe ist der vorgesehene Deckungsanteil von Bedeutung für die Leistungsfestlegung und für die Investitionskosten. Mit einem Anteil an der Heizlast von 20 Prozent erreicht man einen Deckungs­anteil von 58 Prozent und bei 30 Prozent entsprechend 74 Prozent. In dieser Größenordnung sollte man planen.

Im Folgenden wurde über ein Projekt für die Modernisierung eines Mehrfamilienhauses berichtet, bei dem die Wärmepumpe die Grundlastabdeckung von 20 kW übernimmt und der Ölkessel mit 100 kW die Spitzenlastabdeckung und die Brauchwassererwärmung. Mehrere Varianten mit einem Grundlast-Deckungsanteil der Wärmepumpe von 65 Prozent wurden durchgerechnet und damit Amortisationszeiten der Wärmepumpen-Zusatzinstallation von vier bis 6,5 Jahren ermittelt. Das ist ein gutes Ergebnis, aber für kleine Häuser mit viel geringerem Wärmebedarf ist die bivalente Lösung zu teuer.

Frank Thole, Schüco International KG, beschäftigte sich mit kombinierten Systemen aus Wärmepumpe und Solarthermie. Die Nutzung der Solarthermie kann direkt zur Bereitung von Warmwasser und für die Heizung erfolgen, sie kann die Wärmepumpe unterstützen und kann eine Regenerierung des Erdreichs vornehmen sowie beim nächsten Wärmepumpenstart energetischen Nutzen erbringen. Dabei sorgt eine Vorrangschaltung für die Solarwärme für den maximalen Heizungsbeitrag. Die Soletemperaturanhebung durch die solare Regeneration beträgt je nach Jahreszeit 2 bis 5,5 K, die Jahresarbeitszahlen betragen 3,6 bis 3,7.

Eine besonders effektive Lösung stellt die Schüco-Hybrid-Wärmepumpe dar. Sie kombiniert

• Solarthermie, die im Sommer zu 100 Prozent den Warmwasserbedarf deckt und im Winter das Gasbrennwertmodul unterstützt,
• eine hocheffiziente Luft/Wasser-Wärmepumpe, die im Heizbetrieb den übrigen Energiebedarf deckt, und
• ein integriertes Gas-Brennwertmodul, das der uneingeschränkten Komfort­sicherung bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts dient.

An einigen Beispielen wurden die auf diese Weise erreichten hohen energetischen Effekte veranschaulicht.

Eine Wärmepumpenlösung für hohe Vorlauftemperaturen stellte Frank Kohlmann von der Glen Dimplex Deutschland GmbH vor. Solche Geräte werden bevorzugt bei der Sanierung mit Beibehaltung der alten Heizungen benötigt. Damit die Wärmepumpe ihre Aufgabe erfüllen kann, müssen bestimmte Randbedingungen erfüllt werden. Dazu gehören eine abgestimmte Hydraulik, gute Wärmedämmung, reduzierte Lüftungsverluste, vergrößerte Heizflächen, eine individuell angepasste Heizkennlinie und der richtige Volumenstrom für die Heizung.

Als Schaltungsvarianten kommen mo-novalent, monoenergetisch, bivalent parallel und bivalent alternativ in Betracht. Dabei sind die Gefahren steigender Kosten und der Auskühlung des Gebäudes in den ­Sperrzeiten des Energieversorgungsunternehmens in die Untersuchung einzubeziehen. Die Vorlauftemperaturen sollen so hoch wie nötig, aber so niedrig wie möglich eingestellt werden, denn jedes Kelvin Tempera­turabsenkung verbessert die Effizienz der WP um ca. 2,5 Prozent. In den meis­ten Öl- und Gaskesselanlagen ist der Thermostat auf 70 bis 75 °C eingestellt, aber diese Temperatur wird meist nur für die Warmwasserbereitung benötigt. Jeder Anwendungsfall muss individuell untersucht und gut analysiert werden, um die entsprechend passende Nur-Wärmepumpen-Lösung zu finden.

Achim Frommann, Emerson Climate Technologies GmbH, widmete sich den Anforderungen an die Wärmepumpenverdichter. Dafür hat sich die Bauart Scrollverdichter weitgehend durchgesetzt. Um eine gute Effektivität zu erreichen, sollte der Betriebspunkt für den Hauptanwendungsbereich auch der Punkt bester Verdichtereffektivität sein. Um das zu erreichen, war die Entwicklung von Wärmepumpenverdichtern erforderlich, da Kälte- und Klimaanwendungen diese Bedingung nicht erfüllen. Gleiche Gesichtspunkte treffen auf die Verdichtereinsatzgrenzen zu. Die Erweiterung der Einsatzgrenzendiagramme nach links oben (höherer Verflüssigungsdruck bei niedrigerem Verdampfungsdruck) bei mit in dieser Richtung wanderndem COP-Bestpunkt ist das Entwicklungsziel. Monovalente Betriebsweise für Heizung und Warmwasserbereitung ist erforderlich und kann mit dem Kältemittel R 410 A und einer neuen Leistungsregelung erfüllt werden.

Frank Seidel, Daikin Airconditioning GmbH, stellte eine Kaskaden-Wärmepumpe mit Luft als Wärmequelle für das Erreichen hoher Heizungsvorlauftemperaturen bis 80 °C vor. Aber auch 25 °C sind möglich. Dabei wird eine R 410 A-R 134 a-Kaskade verwendet, wodurch Außentemperaturen bis 25 °C monovalent bei COP-Werten von 2 bis 3,3 zu erreichen sind. Mit den invertergetriebenen Scrollverdichtern kann die Leis­tung immer genau dem Bedarf angepasst werden. Für die Aufstellung gibt es neben dem konventionellen Außengerät zur R 410 A-Verdampfung eine Hydrobox für den R 134 a-Kreislauf zur Warmwasserbereitung. Bei einem Beispielprojekt Breuberg konnten auf diese Weise gegenüber Ölheizung 21 Prozent Primärenergie und 39 Prozent CO₂ eingespart werden. Die Verbrauchskos­teneinsparung beträgt 20 Prozent. Ein weiteres Projekt für die Beheizung eines Mehrfamilienhauses wurde untersucht. Dabei war gleichzeitiges Brauchwasserheizen und Kühlen im Sommer verlangt, was durch Wärmerückgewinnung aus dem Kühlprozess ermöglicht wird.

Mit der Zubadan-Technologie beschäftigte sich Steffen Bauknecht von Mitsubishi Electric Europe B.V. Die Zubadan-Technologie wirkt der Tatsache entgegen, dass die Heizleistung mit sinkender Umgebungstemperatur auch abnimmt, der Heizwärmebedarf dagegen steigt. Dieser Leistungsabfall wird durch Kältemittelabzweigung in einen inneren Wärmeübertrager mit Unterkühlung und Einspritzung in den Verdichter, gekoppelt mit einem Inverter­antrieb von 20 bis 120 Hz, kompensiert. Weitere Vorteile sind eine kürzere Aufheizzeit und eine kürzere Abtauzeit mittels Kreislaufumkehr (alle 150 min für ca. 3 min). Zubadan ist ein japanisches Wort und heißt übersetzt super heizen. Technisch bedeutet es Flashgas-Einspritzung (siehe dazu auch KK 2/2010, S. 36)

Über die Bewertung unterschiedlicher Betriebsweisen von Luft/Wasser-Wärmepumpen im Bestand sprach Frank Röder von Stiebel Eltron GmbH und Co. KG. Als Betriebsweisen wurden definiert:

• bivalent parallel und monoenergetisch, d.h. mit elektrischer Zusatzheizung, oder
• bivalent alternativ, d.h. entweder heizt die WP oder ein anderer Wärmeerzeuger.

Als Grund für diese Betriebsweise gilt wie schon mehrfach genannt die sinkende Heizleistung bei sinkenden Außentemperaturen und die Anforderung einer erforderlichen Vorlauftemperatur. Für die Wirtschaftlichkeit ist die Bestimmung des Bivalenzpunktes wichtig. Das ist die Temperatur an dem Punkt, bei der der zweite Wärme­erzeuger zusätzlich oder alternativ zugeschaltet wird.

Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Kombination einer Heizungswärmepumpe mit einem bestehenden Heizkessel (Öl/Gas) im Ein-/Zweifamilienhaus in der Regel unwirtschaftlich ist. Die Komplexität und Fehlerträchtigkeit im System nehmen zu. Bei der Planung sind Einsatzgrenzen des Gerätes und Anforderungen des Gebäudes im Auslegungspunkt exakt miteinander abzugleichen. Übergangslösungen sind mithilfe eines guten Anlagenkonzeptes und guter Regelungstechnik möglich, aber auf den vollständigen Rückbau des zweiten Wärmeerzeugers auszurichten. Erst bei größerem Bedarf für Zwei- und Mehrfamilienhäuser kann die Beibehaltung bzw. Installation eines zweiten Wärmeerzeugers wirtschaftlich werden.

Manfred Fricke, Ochsner Wärmepumpen GmbH, schloss den Reigen der Vortragenden mit einem glühenden Werbevortrag für sein Unternehmen. Natürlich ging er auf die erreichbaren hohen Vorlauftemperaturen in älteren Gebäuden ein, er nannte die erschwerenden Bedingungen in diesen Gebäuden mit ihren alten Heizungssystemen. Der Millennium-Verflüssiger für die Ochsner Luft/Wasser-Wärmepumpen spielt dabei eine wichtige Rolle, aber leider wurden die wirklich interessanten technischen Einzelheiten nicht benannt. Da für Werbung die Firma selbst zuständig ist, kann auf eine weitere Rezension des Beitrages verzichtet werden.

Übrigens waren auch zwei oder drei der anderen Referenten nicht ganz der Versuchung entgangen, diese hochwertige wissenschaftlich-technische Veranstaltung für eine Werbeeinlage zu nutzen. Im Kreis der sich mit Wärmepumpen gut auskennenden und für die Teilnahme zahlenden Zuhörer ist das nach Auffassung des Berichterstatters einfach unangebracht.

Erfreulich war dagegen der rege Ge-brauch der Diskussionsmöglichkeit nach jedem Vortrag. Nach Ende aller Vorträge schloss sich noch eine kurze Diskussion zu allgemein interessierenden Fragen mit den Referenten an. Pünktlich konnte der Moderator Rainer Burger die sehr gut organisierte und vorwiegend auf hohem Niveau abgelaufene Veranstaltung schließen. U. A. -