Wärmepumpen sind generell Wärmeerzeuger, die sehr genau auf die individuellen Voraussetzungen eines Objektes und den Wünschen bzw. Erfordernissen der Bewohner in puncto Wärme- und Warmwasserkomfort angepasst werden sollten. Außerdem spielen zahlreiche weitere Aspekte – beispielsweise in der Beschaffenheit des Grundstücks - eine wichtige Rolle.
Um bei allen Bedingungen die passende Technologie zur Verfügung zu haben und die größtmögliche Effizienz erreichen zu können, haben die Hersteller ein breites Portfolio an unterschiedlichen Produkten entwickelt. Bei Luft / Wasser-Wärmepumpen spielen insbesondere vier Varianten eine wesentliche Rolle im Markt, die in diesem Beitrag dargestellt werden. Beschrieben wird die jeweils deutlich vorherrschende Bauart:
Luft/Wasser-Wärmepumpe als Split-Gerät
Bei einer Luft / Wasser-Wärmepumpe in der Ausführung als Split-Gerät wird ein Außen- und ein Innengerät eingesetzt. Beide Einheiten werden mit Leitungen verbunden, in denen als Energieträger ein Kältemittel fließt. Das bedeutet: Der Kältekreislauf ist geteilt. Die wichtigen Komponenten des Kältekreislaufs werden auf zwei Geräte verteilt: Die Außeneinheit umfasst in der Regel den Verdampfer, den Verdichter sowie das Expansionsventil. Die verbleibenden Komponenten sind in die Inneneinheit integriert. Die Verwendung von Kältemittel als Energieträger erlaubt herstellerabhängig größere Entfernungen zwischen Innen- und Außengerät als beispielsweise beim Einsatz von Heizungswasser.
Gleichzeitig ist der Energieverlust auf dem Transportweg von außen nach innen geringer als bei Heizungswasser. Die Dämmschale der Rohrleitungen ist deswegen deutlich kleiner als bei Heizungswasserleitungen. Auch der Durchmesser der Rohre ist vergleichsweise geringer. Der ausführende Fachhandwerksbetrieb benötigt jedoch einen Sachkundenachweis für den Umgang mit Kältemitteln – früher auch als „kleiner Kälteschein“ bezeichnet. Außerdem muss er das benötigte Werkzeug wie z. B. ein Evakuiergerät vorhalten.
Früher schrieb die Verordnung (EU) Nr. 517 / 2014 über fluorierte Treibhausgase eine jährliche Dichtheitsüberprüfung von Wärmepumpen mit geteiltem Kältekreislauf und einer Kältemittel-Füllmenge von > 3 kg vor. Heute ist die weiterhin notwendige Dichtigkeitsprüfung aber an das jeweilige CO2-Äquivalent des Kältemittels gekoppelt. Bei nicht hermetisch geschlossenen Kältekreisen wie bei einer Split-Wärmepumpe liegt die Grenze bei 5 t, bei hermetisch geschlossenen Kältekreisen bei 10 t.
Dabei beziehen sich die Berechnungen nicht auf den Kältekreislauf innerhalb des Gerätes, sondern auf die gesamte Kältemittel-Füllmenge inklusive der Verbindungsleitungen. Das heißt, bei einer großen Distanz zwischen Innen- und Außengerät ist das entsprechende CO2-Äquivalent schneller erreicht – auch bei einer ggf. geringen Gesamt-Wärmeleistung der Wärmepumpe.
Einer der wichtigsten Vorteile der Split-Bauweise liegt in Ihrer großen Flexibilität. Die Komponenten lassen sich flexibel platzieren, das System ist bezüglich Leistungsanforderungen/-klasse gut skalierbar, und es sind nur geringfügige Eingriffe in die Gebäudehülle erforderlich. Zudem ist eine Luft / Wasser-Wärmepumpe in Splitausführung absolut frostsicher. Die Investition in eine Split-Wärmepumpe ist in der Anschaffung oft etwas geringer als für ein Monoblockgerät. Bezüglich der Leistungen oder Schallemissionen bestehen keine Unterschiede zu Monoblockgeräten.
Bild: Vaillant
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Monoblockgerät mit Kältekreis im Außengerät
Die Monoblock-Wärmepumpe vereint die zentralen Komponenten und Funktionen einer Wärmepumpe inklusive Kältemittelkreislauf in einem einzigen Gerät, welches aus der Wärmeenergie in der Umgebungsluft Heizwärme produziert. Bei der Außenaufstellung wird die Heizwärme über gut isolierte, zumeist unterhalb der Frostgrenze verlegte Leitungen an den Wärmespeicher im Gebäudeinnern abgegeben.
Die Gerätekonstruktion ist übersichtlich, da sie sämtliche Komponenten in nur einem Gerät vereint. Dies vereinfacht und vergünstigt auch die Installation. Dafür muss insbesondere bei sehr langen Zuleitungen und extremen klimatischen Verhältnissen besonderes Augenmerk auf die wasserführenden Verbindungsleitungen vom Außen- zum Innengerät gelegt werden.
Weil es sich um einen herstellerseitig geschlossenen Kältekreislauf handelt, ist eine regelmäßige Überprüfung der Dichtheit nicht erforderlich. Und auch ein Sachkundenachweis wird für die Installation nicht benötigt. Denn der Fachhandwerker muss keine Arbeiten am Kältekreislauf durchführen. Vielmehr ist die Herstellung einer Heizungsvor- und -rücklaufleitung zwischen Außen- und Innengerät notwendig – ein bekanntes Terrain. Je nachdem, welches Kältemittel eingesetzt wird, müssen aber ggf. Kenntnisse über dessen besondere Eigenschaften und bestimmte Aufstellbedingungen vorhanden sein.
Bild: Vaillant
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Monoblockgerät mit Kältekreis im Innengerät
Auch beim Monoblockgerät mit einen geschlossenen Kältekreislauf im Innengerät ist der Aufbau ähnlich. Nur befinden sich alle zentralen Komponenten und Funktionen der Wärmepumpe inklusive des Kältemittelkreislaufs im Innen- statt im Außengerät. Die Außeneinheit enthält lediglich den oder die Ventilatoren und den Wärmetauscher.
Eine Besonderheit ergibt sich bei diesem Gerätekonzept im Energieträger, der in den Verbindungsleitungen zwischen Innen- und Außengerät eingesetzt wird. Weil der eigentliche Wärmepumpenprozess erst in der Inneneinheit stattfindet, kann hier auch Sole eingesetzt werden. Das hat den Vorteil, dass physikalisch ein Wärmeverlust auf dem Weg von außen nach innen quasi nicht stattfinden kann, weil die Sole technisch immer zumindest geringfügig kälter als die Außenluft ist. Zudem kann die Sole nicht einfrieren. Eine Verlegung der Verbindungsleitungen wird in der Regel dennoch im frostfreien Bereich empfohlen. Eine Rohrdämmung ist hingegen damit erforderlich.
Komplett innen aufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpe
Bei dieser Wärmepumpen-Technologie sind alle Komponenten der Luft / Wasser-Wärmepumpe innerhalb des Gebäudes in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die Luft als Wärmequelle wird über Durchbrüche in der Gebäudehülle angesaugt und wieder abgeführt.
Da alle Komponenten der Wärmepumpe in einem einzigen Gerät untergebracht sind, ist eine technisch einfache, kompakte und vergleichsweise kostengünstigere Konstruktion möglich. Auch bezüglich Installation sind innenaufgestellte Monoblock-Wärmepumpen problemlos, was auch hier den Aufwand günstig beeinflusst.
Für die Zu- und Ableitung der Umgebungsluft, der primären Wärmequelle, sind relativ groß dimensionierte (ab 50 x 50 cm) Durchbrüche durch die Gebäudehülle unumgänglich. Außerdem sollte unbedingt vorab geprüft werden, ob eine Einbringung zum gewünschten Aufstellort räumlich möglich ist. Nachvollziehbar muss die Wärmepumpe schalltechnisch vom Gebäude getrennt werden, um eine Schallübertragung auf Fundament oder Mauern sicher zu vermeiden.
Für Neubauten oder den sanierten Baubestand stellen die Hersteller bei diesen Wärmepumpen auch Lösungen mit integrierter zentraler Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung und hydraulischen Komponenten sowie Warmwasserspeicher in einem gemeinsamen Gehäuse bereit. Das spart nicht nur Platz bei der Aufstellung, sondern sorgt auch optisch für eine saubere Installation.
Bild: Vaillant
Vaillant
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Welche Technologie sollte eingesetzt werden?
Grundsätzlich hat jede der vorgestellten Technologien von Luft / Wasser-Wärmepumpen ihre Vor- und Nachteile sowie ihre Daseinsberechtigung. Deswegen ist es umso wichtiger zu wissen, wann sich welche Kriterien welcher Technologie entscheidend in den Vordergrund spielen und so die Auswahl vereinfachen. Bezüglich der Effizienz der Wärmepumpen sind die Unterschiede zwischen den Aufstellungsvarianten vernachlässigbar. Dafür können die örtlichen Gegebenheiten bei der Wahl der Wärmepumpen-Bauweise umso besser berücksichtigt werden.
Die Split-Bauweise ermöglicht dank der kompakten Maße beider Einheiten maximale Flexibilität bezüglich Platzierung, Platzbedarf und Skalierbarkeit. Die notwendigen Eingriffe in die Gebäudehülle beschränken sich auf ein Minimum. Zudem sind längere Entfernungen mit der Kältemittelleitung realisierbar. Dank der Unterteilung in zwei kompakte Geräte erlaubt die Split-Bauweise eine besonders hohe Flexibilität – nicht nur bezüglich der Platzierung beider Einheiten, sondern auch hinsichtlich der Anpassung an individuelle Wärmebedürfnisse mit unterschiedlichen Leistungsklassen. Die Wärmepumpe in Split-Bauweise ist im direkten Preisvergleich mit anderen Luft/Wasser-Wärmepumpen meist etwas kostengünstiger in der Anschaffung.
Bei der außen aufgestellten Monoblock-Variante mit Kältekreislauf im Außengerät sind für die Installation nur kleine bauliche Eingriffe erforderlich (Sockel, Bohrung für die Leitungsführung ins Haus). Es besteht nur vergleichsweise geringer Platzbedarf im Haus. Für die Außenaufstellung ist jedoch meist eine Baubewilligung erforderlich. Die Verbindungsleitungen müssen sehr gut isoliert sein und möglichst unterhalb der Frostgrenze verlegt werden.
Noch mehr Frostsicherheit kann ggf. durch einen Zwischenwärmeübertrager erreicht werden. Die Entfernung zwischen Innen- und Außengerät sollte möglichst gering sein, um Wärmeverluste zu minimieren. Die Außenaufstellung lässt – unter Wahrung der technischen Rahmenbedingungen (z. B. maximale Leitungslänge) - flexible Möglichkeiten zur Platzierung des Geräts zu.
Beim Monoblockgerät mit dem vollständigen Kältekreislauf im Innengerät gelten prinzipiell die gleichen Bedingungen wie bei der zuvor beschriebenen Variante. Jedoch spielt bei der Variante mit der Sole-gefüllten Verbindungsleitung, wie z. B. dem Modell flexoTherm von Vaillant, der Abstand zwischen Innen- und Außengerät eine untergeordnete Rolle. Zudem ist die Verlegung der Zirkulationsleitungen einfacher und schneller realisierbar.
Mit der komplett innen aufgestellte Variante ist eine technisch einfache, kompakte und vergleichsweise kostengünstigere Konstruktion möglich. Auch bezüglich der Installation sind innen aufgestellte Wärmepumpen problemlos, was auch hier den Aufwand günstig beeinflusst. Für die Zu- und Ableitung der Umgebungsluft - der primären Wärmequelle - sind jedoch relativ groß dimensionierte Durchbrüche durch die Gebäudehülle unumgänglich.
Da für die Versorgung mit Primärenergie keine Verbindung zu einer externen Versorgung (Gas) oder einer internen Vorratshaltung (Öltank, Pellets) erforderlich ist, kann das Gerät im Innern des Gebäudes – unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten (z. B. existierende Wärmeverteilung bei einer Sanierung) – sehr flexibel platziert werden. Die Möglichkeiten reichen je nach Situation von der Aufstellung im Keller bis hin zur Platzierung im Dachgeschoss.
Bei allen Wärmepumpen-Technologien sollten die früher oft als Auswahlkriterium relevanten Schallemissionen keine entscheidende Rolle mehr spielen. Natürlich sind alle Kriterien, die in Teil 2 der Serie ausführlich für die Planungsphase und Aufstellung der Wärmepumpe geschildert worden sind, einzuhalten. Dank deutlicher technischer Weiterentwicklung – insbesondere der Ventilatoren und deren Flügel – sowie wirkungsvollerer Schalldämmung der anderen Systemkomponenten sind moderne Luft / Wasser-Wärmepumpen akustisch aber kaum mehr wahrnehmbar.
Durch die technische Weiterentwicklung ist auch die Nähe zum eigenen Wohnhaus, zur Grundstücksgrenze oder zum Nachbarn mittlerweile kein entscheidendes Kriterium bei der Wahl des Aufstellungsortes mehr. Somit ist, vor allem auch zu sensiblen Tageszeiten wie während der Nacht, die Ruhe mit einer außen aufgestellten Luft / Wasser-Wärmepumpe gesichert. Zudem bietet die Außenaufstellung die Möglichkeit, das Gerät an der am weitesten von Wohnräumen entfernten Stelle zu platzieren.
Das gilt auch für den Innenbereich bzw. innen aufgestellte Wärmepumpen. Sie sind so leise wie ein herkömmlicher Kühlschrank. Hier sollte bei der Installation in erster Linie auf eine schalltechnische Entkopplung der Wärmepumpe vom Gebäude geachtet werden.
Fazit
In der dreiteiligen Serie zur Planung und zu Technologien von Luft/Wasser-Wärmepumpen wurde in sieben Teilschritten anschaulich dargestellt wie hierbei praxisgerecht und normkonform vorzugehen ist. Vier teils grundverschiedene Konzepte von Luft/Wasser-Wärmepumpen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen im Hinblick auf die individuelle und objektspezifische Effizienzmaximierung standen im Mittelpunkt des letzten Teils der Serie. Konkrete Auswahlhinweise vervollständigten diese Übersicht.
Schellhorn
