Bis 2050 will Deutschland den Anteil erneuerbarer Energien an seiner Versorgung auf 80 Prozent steigern und den Verbrauch von Primärenergie auf 50 Prozent der Bedarfsmenge aus 2008 senken. Dass dieses Ziel erreichbar scheint, ist unter anderem auf neue Lösungen für die Energiegewinnung zurückzuführen, wie sie beispielsweise von der Heizungsmanufaktur Acalor aus Lübow bei Wismar kommen.
Dazu gehört eine Luftwärmepumpe, die nach dem Prinzip der Direktkondensation arbeitet und dabei gleichermaßen, je nach jahreszeitlichem Bedarf, zur Beheizung wie zur Kühlung von gewerblichen Gebäuden eingesetzt werden kann. Ihre Merkmale sind umweltschonende, kostengünstige Betriebsdaten und eine zuverlässige Arbeitsweise.
Durchbruch der Direktkondensation
1983 experimentierte Henning Scheel erstmals mit Warmwasser-Fußbodenheizungen. Der Durchbruch gelang, als er die Heizwasser-Umwälzpumpe mit dem zugehörigen Ausdehnungsgefäß und dem Entlüfter einsparte. Dies gelang, indem er die Kupferrohre direkt als Kondensator seiner Wärmepumpe einsetzte.
1991 wurde das deutsche Patent DE 3936332 C2 angemeldet. Das heute als Direktkondensation“ bekannte Prinzip ist Grundlage für das ebenso ökologische wie wirtschaftliche Heizsystem von Acalor. Die seinerzeit eingebauten Fußbodenheizungen laufen noch heute einwandfrei und nahezu wartungslos.
Funktionsprinzip der Luftwärmepumpe mit Direktkondensation
Das System von Acalor besteht aus bis zu vier Komponenten: einem Verdampfer im Außenbereich, einer Steuereinheit mit Wärmepumpe, einer Fußbodenheizung und optional einer Brauchwasserwärmepumpe. Die Luftwärmepumpe mit Direktkondensation erzeugt ein angenehmes und natürliches Raumklima. Die Betriebskennzahlen weisen das System als sparsam, effizient und klimaneutral aus.
Im Verdampfer im Außenbereich sind Kupferrohre installiert. Durch diese fließt odoriertes Propan als klimaneutrales Kältemittel flüssig in den Verdampfer. Der Lüfter auf dem Verdampfer lässt die Außenluft um die Rohre strömen. Dabei nimmt das Kältemittel die Energie aus der Luft auf und wird gasförmig. Nun wird in der Wärmepumpe das gasförmige Kältemittel verdichtet und dadurch die Kondensationstemperatur erhöht. Das gasförmige und energiehaltige Kältemittel wird anschließend direkt in das Gebäude geführt und kondensiert in den Kupferrohren im Fußboden aus.
Integrierte Kühlfunktion
Bei der Kühlung wird das Funktionsprinzip umgekehrt: Das Kältemittel gelangt flüssig ins Gebäude, verdampft im Boden und entzieht dem Boden dabei Wärme. Dies geschieht mit einer Kühlleistung von bis zu 50 W/m2. Das energiereiche verdampfte Kältemittel wird nach außen geführt und die Wärme über den Lüfter im Außenbereich abgeführt.
Der kühle Boden verringert dann die Temperatur im Raum, auch hier wie beim Heizen über die abstrahlende Fläche. Damit auf dem kühlen Boden keine Feuchtigkeit auskondensiert, regelt die Sondersteuerung den Betrieb so, dass langsam und gleichmäßig heruntergekühlt wird.
Da der Wirkungsgrad beim Kühlen hoch ist, sind die Betriebskosten für den Kühlbetrieb niedriger als für ein herkömmliches Klimagerät. Die spezielle Steuereinheit sorgt dafür, dass auch im Kühlbetrieb jederzeit erhitztes Brauchwasser zur Verfügung steht.
Keine Staubaufwirbelung
Die Direktwärmepumpe von Acalor schafft mit Leistungszahlen von mehr als 4,5 und einer integrierten Kühlfunktion sowie einer Betriebskostenersparnis von bis zu 60 Prozent – im Vergleich zu herkömmlichen Gas- oder Ölheizungen – Einsatzvorteile im Wohnungs- und Gewerbebau gleichermaßen.
Denn die Direktwärmepumpe vereint eine hohe Wirtschaftlichkeit mit mehr Wohlgefühl für Menschen. Die Wärme kommt direkt aus der natürlichen Umgebung und dank der Direktkondensation werden kaum Staub, Milben und Pollen aufgewirbelt, wichtig besonders für Allergiker. Die möglichen Einsatzbeispiele reichen von Kirchen bis Kfz-Werkstätten, von Hotels bis Pflegeheimen, Indoor-Spielplätzen und Kindergärten.
Einsatzbeispiel: Ressourcen sparen, Wohlgefühl steigern
Was die Heizlösung von Acalor für Unternehmen besonders attraktiv macht, verdeutlicht die Zusammenarbeit mit dem schleswig-holsteinischen Unternehmen Michel Gewerbebau GmbH. Es entwirft, plant und baut ressourcenschonende Gebäude. Dazu sind in allen Bereichen innovative Systeme gefragt, die den hohen Ansprüchen der Bauherren und Hausbesitzer in Bezug auf nachhaltiges Bauen gerecht werden.
Michel Gewerbebau setzt dafür unter anderem auf die Direktwärmepumpe von Acalor, weil diese geringe Betriebskosten und eine hohe Energieeffizienz verspricht. In der Direktwärmepumpe sind zudem wenig bewegliche Teile verbaut. So entsteht kaum Verschleiß und wenig Wartungsaufwand. Ein weiterer Vorteil der Direktwärmepumpe ist die gleichmäßige Wärmeverteilung, die sie vom Boden bis zur Decke erzielt – auch in hohen Gewerbe- und Produktionsräumen. Das spart zusätzlich Betriebskosten, weil die Wärme nur dort produziert wird, wo sie gebraucht wird: an der kältesten Stelle im Raum. Das System gibt im Winter selbst bei tiefen Außentemperaturen gesunde Strahlungswärme ab und kühlt im Sommer auf das gewünschte Niveau herunter. Ferner können die Räume frei gestaltet werden, da das Heizungssystem im Boden verschwindet und die Heizungstechnik keinen Platz im Gebäude verbraucht.
In Hamburg hat Michel Gewerbebau für die Gesellschaft für Sicherheitstechnik GmbH ein großes Projekt mit Büros und angeschlossenem Wohnbereich realisiert. Für 832 m2 Produktions- und Gewerbefläche, 507 m2 Bürofläche und 152 m2 Wohnbereich wurden zehn Acalor Direktwärmepumpen miteinander kombiniert. Die Hallen und Räume weisen keine Temperaturunterschiede in der Raumluft aus. Das wiederum erzeugt ein konvektionsfreies, behagliches Raumklima.
Modulsystem für die Heiz- und Kältetechnik
Die Luftwärmepumpe mit Direktkondensation wurden mittlerweile zu einem modularen System weiterentwickelt. Heute gibt es Paketlösungen in der Heizungs- und Kältetechnik und der Warmwasserversorgung in Verbindung mit einer Wärmepumpe und Photovoltaik-Modulen, die auf eine hohe Eigenabdeckung des benötigten Wärmepumpenstroms abzielen.
Die intelligente Kombination der PV-Anlage mit der Brauchwasserwärmepumpe ergibt eine der bestmöglichen Alternativen, ein Gebäude mit erneuerbaren Energien zu beheizen und mit Warmwasser zu versorgen sowie in der heißen Jahreszeit zu kühlen. Gleichzeitig eröffnen sich dem Anwender durch die Kombination mit einer intelligenten Steuerung auch nachhaltige Möglichkeiten zur Maximierung der Eigenverbrauchsquote der erzeugten Elektrizität. Dies führt zu höheren Einsparungen durch den selbst erzeugten und genutzten Strom und damit zu einer schnelleren Amortisation der Gesamtanlage. Diese erfüllt die Richtlinien für die Förderbedingung von 50 Prozent Eigenverbrauch des erzeugten Stroms.
Erste Projekte in Fernost
Da auch China ehrgeizige Klimaziele hat, investieren chinesische Unternehmen verstärkt in innovative Heizlösungen, die erneuerbare Energien effektiv nutzen und CO2-Emissionen einsparen. Im Herbst 2017 startete in Xi’an in der Provinz Shaanxi das erste Pilotprojekt von Acalor im Reich der Mitte: In einem Bürogebäude werden auf einer Etage mit 250 m2 Fläche insgesamt zwei Direktwärmepumpen installiert.
Was ist eine Direktwärmepumpe?
Der Hochleistungsverdampfer und das verwendete Kältemittel bewirken, dass das System auch bei niedrigen Außentemperaturen effektiv arbeitet. So kann auf den Einsatz von Elektro-Zusatzheizstäben verzichtet werden.
Herzstück der Anlage ist die Steuerungseinheit mit Wärmepumpe. Bei allen Bauteilen wird laut Hersteller auf Wartungsfreiheit und Langlebigkeit geachtet. Die Steuerung ermöglicht bei allen Varianten der Direktwärmepumpe unter anderem eine detaillierte Auslesung von Betriebsverläufen. Sie ist für energieautarke Häuser ausgelegt. Die Fußbodenheizung besteht aus einzelnen Heizkreisen aus Kupfer- rohren. Exakte Berechnungen und das präzise Verlegen erfüllen hohe Anforderungen an den hydraulischen Abgleich des Heizsystems. Die Direktwärmepumpe ist selbstregulierend, wodurch nur ein Thermostat benötigt wird. Das Heizsystem erzeugt natürliche Strahlungswärme und fördert so ein gesundes Raumklima. Wichtig für Allergiker: Es werden kaum Milben, Pollen oder Staubkörner aufgewirbelt.Steffen Daschke,
Heizungs- und Kälteanlagenbaumeister, Technischer Leiter und Prokurist bei der Acalor Technik Scheel KG, Lübow
