Viele Lösungen sind möglich

Die Auswahlmöglichkeiten sind riesig: Wärmequelle Luft, Erdreich oder Grundwasser, innen oder außen aufgestellt oder auch als hydraulisch getrennte Anlage mit Innen- und Außenteil, mit oder ohne Warmwasserbereitung, mit Kühlfunktion, für niedrige, normale oder hohe Vorlauftemperaturen, für kleine Reihenhäuser bei enger Bebauung oder freistehende großzügige Bauten, mit integriertem Speicher, in Verbindung mit kontrollierter Wohnungslüftung oder auch mit Solarunterstützung – dies ist nur eine Auswahl der verschiedenen Einsatzbedingungen.

Auf wirtschaftlichen Wärme­pumpenbetrieb achten

Wirtschaftlichkeitsberechnungen für jede denkbare Zusammenstellung sind bei der Vielzahl der Varianten und unterschiedlichen Gegebenheiten nicht machbar. Im Einzelfall, wenn die individuellen Parameter feststehen, ist eine solche Berechnung Standard. Allerdings lassen sich einige grundlegende Aussagen zu gängigen Anlagenkonfigurationen treffen.

Lange vor dem ersten Spatenstich sollten bei einem Neubau Heizverteilsystem und damit maximale Vorlauftemperatur des Gebäudes festgelegt sein. Dazu müssen der Baustandard und die Heizlastberechnung des Ge­bäudes feststehen. An dieser Stelle noch ein Hinweis zur Begrifflichkeit: Die Norm-Gebäude-Heizlast wird oft mit dem Jahresheizwärmebedarf verwechselt oder es wird von Wärmebedarf gesprochen, wenn die Norm-Gebäude-Heizlast gemeint ist. Die Heizlast in kW beschreibt die Heizleistung bei einer bestimmten Außentemperatur, um das Haus auf eine festgelegte Raumtemperatur zu heizen. Dieser Wert ist maßgeblich für die Auslegung des Heizwärmeerzeugers. Der Wärmebedarf dagegen gibt in kWh eine Menge von Heizenergie an, die innerhalb eines Zeitraums notwendig ist (oder war), um das Gebäude zu heizen.

Um eine Wärmepumpe wirtschaftlich betreiben zu können, sind Vorlauftemperaturen von 35 °C (bei Flächenheizungen) bis 55 °C (bei ausreichend dimensionierten Heizkörpern) wünschenswert. Hinzu kommt, dass Flächensysteme allgemein als komfortabel empfunden werden; zudem wird kein Platz für Heizkörper benötigt.

Kombinierte oder getrennte Warmwasserbereitung?

Eine dezentrale Warmwasserversorgung ist sinnvoll, wenn lange Leitungswege vom zentralen Wärmeerzeuger zu den Zapfstellen geplant sind und/oder mit einem geringen Trinkwasserbedarf zu rechnen ist. Insbesondere beim Einfamilienhaus mit kleiner bis mittlerer Größe liegen diese Voraussetzungen häufig nicht vor. Ist allerdings die Vermietung einiger Räume vorgesehen oder werden Räumlichkeiten nur temporär genutzt, können Durchlauferhitzer und Kleinspeicher eine wirtschaftliche und abrechnungstechnisch sinnvolle Möglichkeit sein.

Bei der zentralen Warmwasserversorgung kann auch eine eigens dafür ausgelegte Warmwasser-Wärmepumpe eingesetzt werden (Bild 1). Diese Geräte sind meist günstig in der Anschaffung und z.B. bei der Sanierung eine Alternative, wenn vorerst nur die Warmwasserversorgung umgestellt werden soll. Der dann allein für die Heizwärme zuständige Wärmeerzeuger kann während der Sommermonate abgestellt werden.

Doch auch in Verbindung mit einer Heizungs-Wärmepumpe können WW-Wärmepumpen dann sinnvoll sein, wenn der örtliche Stromversorger deren Betrieb zu gleichen Kondi­tionen wie der Heizungswärmepumpe anbietet. Wird der Niedertarif jedoch ausschließlich für den Heizwärmeerzeuger angeboten, ist eine zusätzliche WW-Wärmepumpe wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Ob sich die Anschaffung einer thermischen Solaranlage zusätzlich zur Heizungs-Wärmepumpe lohnt, muss im Einzelfall entschieden werden. In der Regel ist diese jedoch nur für die Unterstützung der Warmwasserbereitung wirtschaftlich vernünftig. Darauf zu achten ist, dass der Speicher die Möglichkeit der Einkoppelung der zusätzlichen Solarenergie auch zulässt. Dies gilt auch bei der WW-Bereitung über die separate WW-Wärmepumpe.

Die häufigste aller Lösungen beim Einfami­lienhausneubau ist die Konzentration auf einen Wärmeerzeuger wie die Wärmepumpe. Diese ist in der Regel auch die wirtschaftlichste. Denn im Vergleich zu den für alle weiteren Maßnahmen zusätzlich notwendigen Inves­titionskosten liegen die eigentlichen Verbrauchskosten meist so niedrig, dass sich dieser zusätzliche Griff in das Portemonnaie oft erst nach Jahrzehnten, im schlimmsten Fall sogar überhaupt nicht amortisiert.

Einfluss auf die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe

Je geringer der Hunger des Hauses nach Wärmeenergie für die Raumbeheizung ausfällt, umso höher ist der Anteil der Warmwasser­erzeugung an den monatlichen Energie­kosten. Warmes Wasser wird ganzjährig benötigt. Während die Heizlast eines Neubaus in den letzten Jahren rapide gesunken ist, blieb der Warmwasserverbrauch mehr oder weniger konstant.

Bei freistehenden Einfamilienhaus-Neubauten bewegt sich die Heizlast normalerweise zwischen 15 W (Passivhaus) und 45 W (KfW 70) pro m² beheizter Wohnfläche; also bei einer Wohnfläche von 150 m² bei 2 bis 7 kW. Neuerdings – nach Norm bereits seit März 2009, nach Marktanreizprogramm (MAP) ab Oktober 2009 – muss bei der Berechnung der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpenanlage auch die Warmwasserbereitung berücksichtigt werden. Dazu werden pauschal 18 % des Jahresheizwärmebedarfes zur Warmwasserbereitung differenziert bewertet. Der Anteil ist allerdings variabel und kann für Niedrig­energie- und Passivhäuser wegen der bereits genannten Veränderung des Verhältnisses von Gebäude-Heizlast zu Warmwasserbereitungsbedarf auf bis zu 35 % steigen.

Für die Förderfähigkeit nach MAP ergeben sich aus der neuen Berechnung der JAZ allerdings kaum Änderungen für Stiebel Eltron-Wärmepumpen beim Einsatz in Neubauten: Nahezu alle Sole-Wasser-Wärmepumpen erfüllen die Vorgaben ohne Probleme. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind in Verbindung mit einer Flächenheizung und damit niedriger Vorlauftemperatur ebenfalls förder­fähig. In Verbindung mit Radiatoren muss jeweils im Einzelfall geprüft und entschieden werden.

Luft-Wasser-Wärmepumpe mit monoenergetischer Arbeitsweise

Sollte eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz kommen, ist die monoenergetische Arbeitsweise üblich und vernünftig. Bei niedrigen Außentemperaturen, etwa im Winter, wenn auch die höchsten Heizungsvor­lauftemperaturen erforderlich sind und die höchste Heizleistung benötigt wird, sind Heizleistung und Effi­zienz von Luft-Wasser-Wärmepumpen am niedrigsten. Üblicherweise werden Luft-Wasser Wärmepumpen daher so ausgelegt, dass die Wärmepumpe bis zu einer Außentemperatur von –7 °C, dem so genannten Bivalenzpunkt, die Heizlast des Gebäudes bereitstellen kann. Unterhalb des Bivalenzpunkts wird die Wärmepumpe durch eine elektrische Zusatzheizung unterstützt. Diese Auslegung wird „monoenergetisch“ genannt.

Diese Zusatzheizung sollte allerdings niemanden abschrecken: Der Strombedarf liegt bei der monoenergetischen Auslegung bei etwa 1–2 % des gesamten Jahresheizwärmebedarfs – fällt also nicht nennenswert ins Gewicht. Problematisch ist die monoenergetische Auslegung dann, wenn die Heizlast deutlich höher ist als geplant: z.B. durch falsche berechnete Gebäudedaten oder nachträgliche Anbauten, und sich der Bivalenzpunkt dadurch in den Bereich über 0 °C verschiebt. Dann geht die Zusatzheizung zu häufig in Betrieb, ihr Anteil steigt auf bis zu 10 % der Heizenergie und kann damit 30 % des Heizstroms ausmachen.

Würde man eine herkömmliche Luft-Wasser Wärmepumpe so auslegen, dass die Heizlast des Gebäudes bei –15 °C abgedeckt wer­den soll, wäre sie etwa doppelt so groß wie bei der monoenergetischen Auslegung ­(siehe Bild 4) und würde zu einem Großteil der Betriebszeit weit unterhalb ihrer Leistungsgrenze und damit uneffektiv arbeiten. Sie müsste die höchste Heizleistung am ­Auslegungspunkt bereitstellen, also bei ei­ner Lufttemperatur von –15 °C. Außerdem müsste dabei auch die maximale Heizwasservorlauftemperatur (je nach Heizsystem 35–75 °C) berücksichtigt werden.

Auch für diese Ansprüche wurde die Wärmepumpe WPL 14 HT (Wärmeleistung 7,04 kW bei A2/W35) entwickelt (Bild 3). Sie erreicht Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C sowie eine hohe Heizleistung von 12,5 kW bei –15 °C Außentemperatur (A-15/W75) und ermöglicht einen monovalenten Heizbetrieb ohne zusätzliche Elek­troheizung. In Verbindung mit Warmwasserspeichern sind darüber hinaus WW-Temperaturen im reinen Wärmepumpenbetrieb von über 60 °C prob­lemlos zu erreichen. Für die hohen Vorlauftemperaturen sorgen u.a. zwei drehzahlgeregelte Verdichter (Inverter-Technik). Durch die elektronischen Expansionsventile wird die Leistungszahl über den kompletten Einsatzbereich optimiert.

Kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung

Wird der Einfamilienhaus-Neubau z.B. als Energiespar- oder Passivhaus geplant, ist die Nutzung einer kontrollierten Wohnraumlüftung unerlässlich. Denn je dichter das Haus gebaut ist, umso geringer ist der unkontrollierte Luftwechsel und umso niedriger sind damit die Energieverluste. Ein Mindestluftwechsel ist aber aus hygienischen und bauphysikalischen Gründen unbedingt notwendig. Bei der Anlagentechnik ist der Einsatz einer Wärmerückgewinnung aus der warmen Abluft eine interessante Option. Über den Wärmetauscher wird die Energie aus der Abluft z.B. zur Vorwärmung der zentral angesaugten Außenluft und zusätzlich (über eine integrierte Wärmepumpe) für Heizung und WW-Bereitung genutzt. Außerdem lässt sich je nach Betriebszustand und Bedarf weitere Energie aus der zugeführten Außenluft zur Heizung oder WW-Bereitung gewinnen. Auch bei diesem System ist die Einbindung einer Solarthermieanlage imöglich.

Das Fazit kann hier nur lauten: Die ­Wärmepumpen-Universallösung für das Einfamilienhaus gibt es nicht – weder bei der Heizwärmeerzeugung, noch bei der Warmwasserversorgung. Mit hilfreichen Berechnungs- oder Auslegungssoftware ist eine erste grundlegende Beurteilung der verschiedenen Systeme im Einzelfall ­jedoch komfortabel möglich: Bei Stiebel Eltron etwa mit dem eigens für die Fachpartner konzipierten Wärmepumpen-Navigator. (siehe Kasten links).

Die Software „Wärmepumpen-Navigator” ermöglicht die Konfiguration und Planung einer kompletten Wärmepumpenanlage mit Stiebel-Eltron-Systemen. Nach Eingabe der wichtigsten Parameter wird aus über 30000 Varianten eine Lösung für das individuelle Bauvorhaben geliefert – inklusive eventueller Optionen.

Alle relevanten Daten zur Systemempfehlung werden als Ergebnis grafisch dargestellt. Zusätzlich ausgegeben werden Materialstückliste, Schaltpläne und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Dafür notwendige Daten können aus Vorschlagswerten vom System eigenständig generiert oder auf Wunsch vom Nutzer selbst den Gegebenheiten angepasst werden.

Die aktuell erschienene Version 1.1 des Wärmepumpe-Navigators (inklusive Lizenzschlüssel) ist im Fachpartner-Portal verfügbar: https://www.stiebel-eltron.de/de/home.html?ol=login oder gegen eine Schutzgebühr von 20 Euro auf CD erhältlich – Ansprechpartner ist hier der Stiebel-Außendienst.