Das Wohngebäude in klassischer Fachwerkbauweise aus dem Jahr 1901 besitzt eine zu beheizende Wohnfläche von 120 m². Im Haushalt leben vier Personen, davon die zwei jüngeren Kinder der Bauherren. Für die energetische Sanierung wurde staatliche Förderung in Anspruch genommen. Dass der Wärmebedarf zu mindestens 65 % über erneuerbare Energien abgedeckt wird und die Warmwasserversorgung sichergestellt ist, waren die Hauptanforderungen der Eigentümer bei diesem Projekt. Hierfür wurde das bestehende Heizungssystem auf den Prüfstand gestellt und nach den Maßstäben der Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit auf einen aktuellen Stand gebracht.
Sämtliche Fenster des Gebäudes wurden erneuert sowie das Dach isoliert und neu eingedeckt. Um den historischen Charakter des Gebäudes zu erhalten, wurde in den Gefachen weiterhin auf die Verwendung von Lehm gesetzt. Zusätzlich ist das Gebäude mit einer 8 cm starken Wärmedämmung aus natürlichem Baustoff ausgestattet.
Die Hisense Hi-Therma Luft/Wasser-Wärmepumpe als Lösung
Die energetische Sanierung übernahm die Andorfer Klima Wärme Kälte Luft KG aus Mücke. Gemeinsam mit den Bauherren fiel die Wahl auf ein bivalent-alternatives Heizsystem, nämlich eine Kombination aus bestehender Gasheizung und einer Hisense Hi-Therma Luft/Wasser-Wärmepumpe in Splitbauweise, die für private und gewerbliche Anwendungen konzipiert ist. Mit einem nominalen Leistungsbereich von aktuell 4,4 bis 16,0 kW (bei A7/W55 – also bei einer Lufttemperatur von 7° Celsius und einer Vorlauftemperatur von 55° Celsius) sind die Geräte in Split-, Combi-Split- sowie auch in Monoblockausführungen verfügbar. Sie sind für den Neu- sowie sanierten Altbau geeignet und zeichnen sich durch einen SCOP (siehe Infokasten) von bis zu 5,17 bei einer gleichfalls hohen Raumheizungseffizienz aus. Die Systeme bieten eine Lösung zum Heizen, Kühlen und Warmwasserbereiten. Die Controller sind intuitiv bedienbar und mit einem intelligenten Farbdisplay ausgestattet. Zudem ermöglicht die Hisense „Hi Mit II App“ eine ortsungebundene Systembedienung.
Wichtigste Voraussetzung für die Erstellung eines erfolgreichen Konzepts zum Heizen mit Wärmepumpen ist die Ermittlung der Heizlast eines Gebäudes. Hier unterstützt die Europäische Norm DIN EN 12831, die den Bedarf an erwärmtem Trinkwasser in Gebäuden abhandelt. Sie beschreibt ein Verfahren zur Berechnung der Leistung und des Speichervolumens, die zur Bemessung von Anlagen zur Trinkwassererwärmung erforderlich sind. Hier werden beispielweise Gebäudehülle, Raumheizlasten, Betriebsweise, Trinkwassererwärmung und spezifische Anforderungen an das System bewertet. Zusätzlich stellen die Einbindung und gegebenenfalls Erneuerungen von Bestandssystemen, Wärmeübergabeflächen – oder auch die Abschaltzeiten im Stromnetz durch den Energieversorger – hohe Anforderungen an das Anlagenkonzept. Auf diese Weise lassen sich im vorliegenden Projekt voraussichtlich jährlich rund 1,6 t CO₂ einsparen.
Raumheizung und Trinkwassererwärmung
In der Heizlastberechnung wurde der Bivalenzpunkt - also die Außentemperatur, bei der die Wärmepumpe ihre maximale Heizleistung erbringt - bedarfsgerecht auf 0 °C festgelegt. Dies ist im vorliegenden Fall ebenfalls der Abschaltpunkt der Wärmepumpe, an dem ein zusätzlicher Wärmeerzeuger, also die bereits vorhandene Gasheizung, eingesetzt wird. Die Ermittlung erfolgt dabei unter Betrachtung der Gebäudeheizlast im Verhältnis zur Heizkurve des Anlagensystems. Der Punkt lässt sich mithilfe der zur Verfügung stehenden Normaußentemperatur und den sogenannten Häufigkeitsdiagrammen der Außentemperatur realitätsnah bestimmen und sollte generell anschließend im laufenden Betrieb geprüft werden, denn Wärmepumpensysteme unterliegen der stetigen Systemoptimierung. Das Ziel ist eine Heizkurve mit möglichst niedrigen Systemtemperaturen zum Sicherstellen einer hohen Systemeffizienz. Für die Festlegung des Bivalenzpunkts wurden ebenfalls die derzeitigen Preise für Strom und Gas gegenübergestellt. Durch das bivalente System konnte ein SCOP von 5,26 berechnet werden.
Zur Raumheizung des Fachwerkgebäudes wurde ein Flächenheizungssystem installiert und zwar als großflächige Wandheizung. Der Vorteil dieses Systems liegt vor allem in den niedrigen Vorlauftemperaturen. Um die Laufzeiten der Wärmepumpenanlage im Teillastbetrieb ausreichend dimensionieren zu können und Schalthäufigkeiten zu verringern sowie eventuelle Sperrzeiten des Energieversorgers zu überbrücken, wurde das System um einen isolierten Pufferspeicher mit einem Volumen von 300 Liter ergänzt. Der Pufferspeicher ist ein zentraler Baustein jeder Heizungsanlage, bei der die Wärmepumpe als Erzeuger fungiert.
Die Trinkwassererwärmung erfolgt ebenfalls über das neue Heizungssystem. Die Ermittlung realitätsnaher Werte ist oft schwierig, da der Bedarf stark nutzerabhängig ist. Als Richtwert für den Tagesbedarf wird rund 1,2 bis 1,5 kWh pro Tag und Person angenommen. Bei der Verwendung von Zirkulationsleitungen geht der VDI von einer Dopplung aus. Aufgrund des neu installierten und isolierten Trinkwasserspeichers wurde in der Planungsphase ein SCOP von 4,0 für die Warmwasserbereitung berechnet. Zu dem neu installierten und isolierten Trinkwasserspeicher wurde eine Mischergruppe installiert. Die Trinkwasservorrangschaltung, die in der Hisense Wärmepumpe serienmäßig enthalten ist, deckt den spezifischen Warmwasserverbrauch der Bauherren in ausreichender Form ab. Bei der Vorrangschaltung handelt es sich um eine Umschaltung des Rohrweges von der Versorgung des Pufferspeichers durch ein 3-Wege-Umschaltventil auf den Warmwasserspeicher. Dieser Prozess wird bei der Überschreitung der Speichertemperatur in Gang gesetzt. Ist die Solltemperatur erreicht, wird der Weg im Umschaltventil wieder in Richtung des Pufferspeichers freigegeben.
Lärmreduktion und Energiemanagement
Ziel war zudem, die Schallemissionen der eingesetzten Splitaußeneinheit zu minimieren. Darüber hinaus sollten Kurzschlussströme vermieden und der geeignete freie Ablauf von Tauwasser gewährleistet werden, was besonders bei möglichen Vereisungen auf Wegen und Zufahrten wichtig ist. Unter Berücksichtigung dieser Vorgaben, der Ausblasrichtung und der Schallberechnung wurde die Außeneinheit im Terrassenbereich aufgestellt.
Die Energiebilanzierung erfolgt über das ,,Energiemanagement“, auf dem sich die Werte für erzeugte Wärmemenge und aufgenommene Energie ablesen und verwerten lassen. Das Steuerungssystem ermöglicht dem Nutzer mittels Dreh- und Drücksteller einen schnellen Zugriff auf alle wichtigen Anlagenparameter. Der Betrieb der Modi Kühlen, Heizen und Trinkwassererwärmung wird mittels Farbcodierungen am Regler dargestellt.
Wartung und Optimierung der Anlage
Das Thema Wartung und Optimierung der sich im Laufe der Nutzung ändernden Gewohnheiten war ein zentrales Anliegen der Bauherren. Deren Parameter sollten bei Bedarf im Rahmen der Wartung angepasst werden. Die Einhaltung der Wartungszyklen mit den dazugehörigen Arbeiten, wie die Reinigung der Anlagenkomponenten, sollen Verschleiß oder Ausfall verhindern und erhöhte Betriebskosten vermeiden. Angestrebt wird in diesem Projekt, die alte Gasanlage durch die neue Wärmepumpe zu ersetzen, die perspektivisch die gesamte Heizlast tragen soll, denn Wärmepumpen lassen sich, energetisch korrekt dimensioniert und konzeptioniert, effizient im Altbau nutzen.
JAZ, COP und SCOP
Die JAZ (Jahresarbeitszahl) ist ein Wert aus der Praxis, der das Verhältnis zwischen aufgenommener elektrischer Energie und produzierter Wärme einer Wärmepumpe über einen bestimmten Zeitraum darstellt. Um die JAZ bereits vor dem Einbau einer Wärmepumpe theoretisch abschätzen zu können, gibt es Modellwerte, die herangezogen werden können: Die Effizienzwerte COP und SCOP geben erste Anhaltspunkte. Je höher diese ausfallen, desto effizienter arbeitet eine Wärmepumpe.
Achtung: Theoretische Energieeffizienzberechnungen können die Realität nur bedingt abbilden. Individuelle Werte, wie die Bauphysik eines Hauses oder das Nutzungsverhalten der Bewohner, erschweren Leitungsprognosen und einen Vergleich von Wärmepumpen.
