Luft-/Wasser-Wärmepumpen im Gebäudebestand

29.07.2010 | Veröffentlicht in Ausgabe 14/15-2010 | Druckvorschau

Die Besitzer dieses hübschen Landhauses in Essen setzen auf regenerative Energien und sparen damit Kosten.

Häufig werden bei Heizungsmodernisierungen alte, noch funktionsfähige Wärmeerzeuger gegen moderne Geräte ausgetauscht. Dabei würde es oft ausreichen, die neuen Geräte einfach nur in eine bestehende Anlage einzubinden. Das reduziert die Investitionen und gibt zusätzliche Versorgungssicherheit. Bei einem Sanierungsprojekt in Essen blieb der Ölkessel einfach im Keller und bildet mit zwei neuen Wärmepumpen eine Kaskade.

Kaum zehn Autominuten vom pulsierenden Leben des Essener Stadtzentrums entfernt liegt das Domizil der Familie Havermann. Das Gebäude am grünen Rand der Ruhrgebietsmetropole ist im französischen Landhausstil gestaltet. Auf etwa 200m2 Wohnfläche orientiert sich die Raumaufteilung des Gebäudes ganz an den Bedürfnissen ihrer Bewohner. Eine Fußbodenheizung und Bodenkonvektoren vor den bodentiefen Landhaustüren sorgen für wohlige Wärme im ganzen Haus.

Fußbodenheizung war optimale Voraussetzung für die Sanierung

Bisher wurde das freistehende Gebäude ausschließlich mit einem herkömmlichen Niedertemperatur-Ölkessel beheizt. Um ihr Gebäude in Zukunft energieeffizient zu beheizen und zugleich unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden, suchte das Eigentümerehepaar nach einer passenden Lösung. Doch die Vielzahl der potenziellen Möglichkeiten erschwerte ihnen die Entscheidung. Aufgrund der Empfehlung eines Bekannten erfuhren sie dann eher zufällig von einem Fachhandwerker in der Region, der sich auf den Einbau moderner Wärmetechnologie spezialisiert hat.

Da der Schwerpunkt der Umstellung auf der Senkung der Energiekosten lag, empfahl Andreas Pape, Klimaanlagenbauermeister und Geschäftsführer der Kälte-, Klima- und Umwelttechnik Pape GmbH, die Einbindung von Wärmepumpen. „Mit Fußbodenheizung und im Boden eingelassenen Konvektoren vor den Gartentüren waren hier optimale Voraussetzungen vorhanden, das Wohnhaus mit Luft-/Wasser-Wärmepumpen zu versorgen“, erklärt der Unternehmer.

Nach Überzeugung von Pape sind Luft-/Wasser-Wärmepumpen sowohl unter ökologischen Gesichtspunkten als auch aus Effizienzgründen eine attraktive Lösung. Häufig kann zudem der alte Wärmeerzeuger in Betrieb bleiben, um – wie in diesem Fall – den an ihn gekoppelten Trinkwarmwasserspeicher weiterhin zu nutzen.

Hydraulische Einbindung des alten Wärmeerzeugers

Das Gebäude wurde mit zwei 14-kW-Zubadan-Luft-/Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric, Typ PUHZ-HRP125, ausgestattet. Die Außengeräte sind in Reihe mit dem Ölheizkessel geschaltet und über zwei Wärmeübertrager eingebunden. Dabei wurde berücksichtigt, dass der in den Kessel integrierte Warmwasserspeicher weiterhin genutzt werden kann. Durch die optionale Weiterverwendung des alten Wärmeerzeugers und die Einbeziehung seines Wasservolumens in die Hydraulik sowie den Kreislauf der Wärmeverteilung konnte auf den Einsatz eines Pufferspeichers verzichtet werden.

Dies hatte den Vorteil, dass das vorhandene Platzangebot im Heizungskeller optimal für die Wärmetauscherstation sowie die Regelungen genutzt werden konnte. Außerdem konnte der Umbauaufwand auf ein Minimum begrenzt werden. Der alte Öl-Kessel kommt nur noch in Ausnahmen zum Einsatz, wobei die letzte Wintersaison mit ihren lang anhaltenden niedrigen Außentemperaturen gezeigt hat, dass die Invertergesteuerten Wärmepumpen selbst unter diesen Bedingungen problemlos in monovalenter Betriebsweise gefahren werden können und dabei einen erheblichen Teil der bisherigen Energiekosten einsparen.

Ein weiterer Gesichtspunkt war der einfache Anschluss und die unproblematische Aufstellung der Geräte. Der Unterschied der Luft-/Wasser-Wärmepumpen zu Wärmepumpen, die ihre Umweltenergie aus anderen Quellen beziehen, ist die wesentlich günstigere Installation. Kostspielige Bohrungen entfallen. „Dies war ein weiterer Punkt für diese Technologie, denn wir wollten keine aufwendigen Umbauarbeiten auf dem Grundstück. Weder im Garten, noch auf dem Dach des Hauses sollten unnötige Eingriffe vorgenommen werden“, erklärt Elizabeth Havermann.

Monovalenter Betrieb mit Zubadan-Technologie

Bisher konnten Wärmepumpensysteme, die die Außenluft als Wärmereservoir nutzen, nur im bivalenten Heizbetrieb mit einem zusätzlichen Elektroheizstab oder einem separaten Wärmeerzeuger zur Spitzenlastabdeckung eingesetzt werden. Alternativ wurde oft auch eine Überdimensionierung der Anlage vorgenommen, um den Betriebspunkt auf ein niedrigeres Temperaturniveau zu verschieben. „Beide Lösungen waren aber mit Blick auf eine bedarfsgerechte Dimensionierung und die zu tätigende Investitionen nicht befriedigend“, so Pape. Der Zubadan-Prozess, der den Arbeitsbereich auf –25 °C erweitert, ist im Info-Kasten beschrieben.

Leiser Betrieb verhindert Probleme bei Außenaufstellung

Die Wärmepumpen stehen witterungsgeschützt unter einem Holzverschlag an der Grundstücksgrenze und sind mit im Erdreich und unter den Gehwegplatten verlegten Leitungen an die Übergabestation im Keller angeschlossen. Vom Prinzip her ist dies die einfachste Lösung. Denn dort wird die Wärme von dem Kältemittel über einen Plattenwärmetauscher auf das Wasser übertragen. In einem Vorraum zum Heizungskeller wurden zudem die Steuergeräte, die Bedienelemente sowie der Wärmepumpen-Stromzähler untergebracht. Einen zusätzlichen Stromzähler stellen die Stadtwerke zur Verfügung, weil der Strombedarf für die Wärmepumpen zu einem günstigeren Bezugstarif berechnet wird als normaler Haushaltsstrom.

Besonders erfreute die neuen Eigentümer die geringe und kaum wahrnehmbare Geräuschkulisse der beiden Außengeräte. Bei einem Meter Abstand beträgt der Schalldruckpegel bei Volllast weniger als 52 dB(A) und ist damit genauso leise wie beispielsweise ein moderner Kühlschrank. Bei größerer Entfernung als einem Meter – und das ist ja in der Regel selbst auf kleinen Grundstücken immer der Fall – sollen Ventilator und Kompressor gar nicht mehr zu hören sein. Für das Ehepaar Havermann war auch dies ein wichtiges Entscheidungskriterium.

Der Altkessel im Hintergrund bietet Versorgungssicherheit

Die optional bivalente Wärmeerzeugung bietet ein hohes Maß an Sicherheit. Durch den Einsatz der Zubadan-Technologie können die Wärmepumpen-Aggregate jedoch auch im Winter genügend Wärmeenergie mit einem günstigen Wirkungsgrad in monovalenter Betriebsweise erzeugen. Die Gebäudeeigentümer sind zufrieden mit den neuen Wärmeerzeugern: „Der geringe Umbauaufwand, die Einsatzbreite und die absolute Betriebssicherheit der neuen Wärmepumpen haben uns vollkommen vergessen lassen, dass wir einmal mit Öl geheizt haben“, so der Hausherr.

INFO

Zubadan-Technologie

Bei den Zubadan-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric erfolgt bedarfsabhängig eine zusätzliche Einspritzung des Kältemittels in den Kompressor auf einem mittleren Druckniveau ab einer Außentemperatur von 3 °C und tiefer. Dabei wird der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf –25 °C erweitert. Die Einspritzung verhindert, dass das Kältemittel seine kritische Heißgastemperatur erreicht und die Verdichterdrehzahl reduziert werden muss. Vielmehr ermöglicht sie die Erhöhung der Drehzahl, was den Strom des durchgesetzten Kältemittels und somit auch die Wärmeleistung erhöht.

Dadurch gewährleistet diese Technologie eine Heizleistung von 100 % bei Außentemperaturen bis –15 °C ohne Einsatz eines zusätzlichen Heizstabes oder eines Spitzenlastkessels. Eine Versorgung sowohl von Bestands- als auch von Neubauten mit Wärme mittels dieser Luft-/Wasser-Wärmepumpen im monovalenten Betrieb ist somit möglich. Da die Geräte durch die Invertertechnologie eine Modulationsbreite von 30 bis 100 % haben, liefern sie die Wärme nach Bedarf und nicht auf Vorrat. Dieser energiesparende Teillastbetrieb ist besonders in den Sommermonaten und in der Übergangszeit ein großer Vorteil. Zusätzliche Graphiken zum Zubadan-Prozess gibt zum Herunterladen bei den SBZ Extras.