Wärmepumpe mit Lüftung: eine Lösung für Niedrigenergiehäuser

Eine Abluftwärmepumpe entzieht die in der Raumluft enthaltene Wärme, statt diese via Lüftungsanlage ins Freie zu blasen. Die so gewonnene Wärme kann sowohl der Brauchwassererwärmung als auch der Heizung dienen. Abluftwärmepumpen mit einem wasserbasierenden Wärmeverteilnetz können so die gesamte Wärmeversorgung eines Wohnhauses übernehmen. Lüftungsanlagen mit integrierter Luft/Luft-Wärmepumpe hingegen verteilen die Wärme über das Medium Luft. Die komplette Beheizung eines Hauses ohne einen weiteren Wärmeerzeuger ist bei diesem System theoretisch nur in einem Passivhaus denkbar. Das Brauchwasser muss mit einem separaten System erwärmt werden.

Wohnungslüftungsanlagen werden in Deutschland aktuell so gut wie nie als Luftheizungen eingesetzt. Sie werden nur genutzt, um den größten Teil der in der Abluft vorhandenen Wärmeenergie, etwa über einen Kreuzgegenstromwärmeaustauscher, auf die frische Zuluft zu übertragen. Um ein normales Haus nach aktuellem Standard ausschließlich zu heizen, reicht das jedoch nicht aus. Man verringert lediglich den Wärmeverlust.

„Grundsätzlich ist es in Zukunft sicher denkbar, dass ausschließlich über Luftheizungen, also über die Lüftungsanlage, geheizt wird“, so Norbert Markus, Produktmanager Lüftung bei Stiebel Eltron. „Das ist aber nur wirtschaftlich, wenn der notwendige Mindestluftwechsel, der aus hygienischen und bauphysikalischen Gründen ohnehin sichergestellt sein muss, siehe DIN 1946, Teil 6 und EnEV, ausreicht, um damit auch ausreichend Wärme in die Räume einbringen zu können. Das ist im Moment aber noch nicht gegeben.“

Eine Luftheizungsanlage, die ein Vielfaches der Luftmenge des eigentlich notwendigen Mindestluftwechsels umwälzen muss, um die Wohneinheit zu beheizen, verbraucht aber viel Energie, da Luft ein sehr schlechter Wärmeleiter ist und der Transport großer Mengen Luft ebenfalls einen relativ hohen Energieeinsatz erfordert. Das, sagt Markus, sei nicht effizient und wirtschaftlich.

Sinnvoller sind der Einsatz von Abluftwärmepumpen oder Kombinationen aus Lüftungsanlage und klassischer Luft/Wasser-Wärmepumpe. Diese Systeme sind gerade im Einfamilienhaus-Neubau beliebt. Generell kommen drei Varianten infrage.

Abluftwärmepumpen mit zentraler Abluft und dezentraler Zuluft

Bei dieser Lösung wird der systembedingte leichte Unterdruck in der Wohnung genutzt. Er sorgt dafür, dass frische Luft über Außenwandventile in den Zuluftbereichen nachströmt. Die raumwarme Abluft wird aus den sensiblen Bereichen wie Küche, Bad oder Gäste-WC über Lüftungsrohre zur Wärmepumpe geleitet. Bevor sie über eine Dachhaube oder Lüftungswandgitter nach außen abgeführt wird, wird ihr ein Großteil der enthaltenen Wärmeenergie entzogen. Die Abluft dient damit als Wärmequelle für die integrierte Wärmepumpe, um Warmwasser für Heizung und Brauchwasser zu erzeugen. In der Regel sind diese Systeme als Kompaktsystem mit integriertem Brauchwasserspeicher ausgeführt.

Abluftwärmepumpen mit zentraler Abluft und zentraler Zuluft

Diese Wärmepumpen arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie das System zuvor, jedoch wird die Zuluft über die Wärmepumpe vorgewärmt und über Lüftungsrohre in die Zuluftbereiche wie Schlaf-, Kinder- oder Wohnzimmer geführt.

Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Kreuzstromwärmeaustauscher

Hier wird die Abluft, nachdem sie den Großteil ihrer Energie über einen Kreuzgegenstromwärmeaustauscher an die Zuluft abgegeben hat, nach außen abgeleitet und entsorgt. Sie strömt je nach Wärmebedarf noch über die Oberfläche des Luft/Wasser-Wärmepumpenverdampfers. Dort gibt sie die weitere Restwärme an den Kältekreislauf der Wärmepumpe ab. Wird für die Beheizung oder die Trinkwarmwasserbereitung noch zusätzliche Energie benötigt, wird diese aus der der Wärmepumpe zusätzlich zugeführten Außenluft gewonnen.

Einsatz im Bestand

In der Sanierung ist es meist aufwendiger, die komplette Wohnung oder das Haus nachträglich zu verrohren. Dennoch wollen viele Bauherren im Bestand auf die Vorteile einer kontrollierten Wohnungslüftung nicht verzichten, zumal die nach der Sanierung neu entstandene Gebäudedichtigkeit eine Lüftung erforderlich machen kann. Hier kommt eine Abluft- oder eine reine Brauchwasserwärmepumpe ins Spiel: Die Brauchwasserwärmepumpe saugt die verbrauchte Luft nur aus sensiblen Bereichen ab. Die darin enthaltene Energie wird von der Wärmepumpe genutzt, um die Warmwasserbereitung sicherzustellen. Damit wird die gesamte Wohnung mit warmem Wasser versorgt. Frische Luft strömt automatisch über Zuluftventile in den Außenwänden nach.

Dämmung Voraussetzung

Eine Kombination, so der Bundesverband Wärmepumpe (BWP), aus Wohnraumlüftung und Abluftwärmepumpe sei nur dort sinnvoll, wo vergleichsweise wenig Energie verbraucht werde, beispielsweise im KfW-55-Haus. Die Abluft wird durch das Lüftungssystem sowieso transportiert. Ihr wird dort durch die Wärmepumpe die Energie entzogen und als Raumwärme weitergegeben.

Mit dieser energetischen Lösung kann man auf einiges verzichten. „Grundsätzlich kann man sich schon mal den Gasanschluss und den Schornstein sparen“, sagt Jörg Schickedanz vom Wärmepumpenhersteller Nibe aus Celle. Im Neubaubereich könnte eine Abluftwärmepumpe die Anforderungen des EEWärmeG von Haus aus erfüllen. Eine Systemkombination wie Gas-Brennwert mit Solar als regenerative Komponente sei nicht erforderlich, die Wärmeversorgung dadurch weniger komplex. Und auch die kontrollierte Wohnraumlüftung sei inklusive. Diese Systeme werden sowohl in Einfamilienhäusern als auch immer öfter im Geschosswohnungsbau eingesetzt. „Er funktioniert nicht nur in Einfamilienhäusern, sondern auch in Mehrgeschossern“, bestätigt Stefan Hilbring, Leiter Technik bei Tecalor. Seine Firma hat diese Kombination schon mehrfach im Geschosswohnungsbau angewandt.

Besondere Konzepte der Abluftwärmenutzung

Aber es sind auch Anwendungen aus Gewerken und Industrie bekannt, insbesondere dann, wenn große Mengen genau temperierter Abwärme anfallen oder eine Kühlung erforderlich ist. Hier kann ein bipolarer Betrieb der Wärmepumpe gleich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Die Lüftung sorgt dann für den Transport entweder der Wärme oder der Kälte in die Bereiche, in denen sie gebraucht wird.

Ein bekanntes Beispiel ist die Abluft aus Serverräumen, die in Bürogebäuden etagenweise oder zentral gesammelt und zu Heizzwecken weiter genutzt werden können. Das Dresdner CleanTech-Startup AoTerra hat daraus eine Geschäftsidee und eine serienreife Lösung entwickelt. Der große Vorteil: Die Serverräume werden bei dieser Kombination gleich mit gekühlt.

Beispiele gibt es auch aus der Landwirtschaft, da sich insbesondere Ställe durch die Abwärme der Tiere stark aufheizen. Allerdings ist diese Luft meist kontaminiert, etwa mit Ammoniak, was wiederum besondere Anforderungen an die materielle Auslegung einer solchen Anlage stellt. Durch die Doppelfunktion liegt die Leistungszahl (Coefficient of Performance, COP) im Winter bei 3 und im Sommer bei 4. In Kombination ergibt sich so ein COP von 7 bis 9.

Von Stiebel Eltron wurden auch Sonderlösungen installiert, etwa Luft-Wasser-Heizungswärmepumpen in Räumen mit hohen Temperaturen. Diese werden dann meist für die Warmwasserbereitung genutzt, etwa in Industriegebäuden als Prozesswarmwasser oder für die Duschen.

Die Systeme von Nibe warten zudem mit einem Kältekreis auf, der die Ablufttemperatur auf bis zu –15 °C herunterkühlt. „So wird ihr viel Energie entzogen, die für die Heizung und Brauchwarmwasserbereitung genutzt werden kann“, so Schickedanz. Die Abluftwärmepumpen arbeiten leistungsvariabel mit einer Verdichterheizleistung zwischen 1,5 bis 6 kW, je nach Luftmenge. Bezogen auf eine Norm-Außentemperatur von –12 °C und einer Heizungs-Systemtemperatur von 35 °C kann in einem Einfamilienhaus somit eine gesamte Gebäudeheizlast von bis zu 8 kW abgedeckt werden.

Zwei Varianten möglich

Abluftwärmepumpen und Lüftungsanlagen können für zwei energetische Ziele miteinander kombiniert werden.

Kombination zur Brauchwassererwärmung

Diese Kombination wird in der Praxis am häufigsten gewählt. Für einen Vier-Personen-Haushalt genügt eine Wärmepumpe mit einem etwa 200 bis 300 l fassenden Warmwasserspeicher. Als Faustregel gilt: rund 50 bis 60 l pro Person und Tag für 40 °C warmes Wasser.

Wenn der Brauchwasserbedarf ansteigt und nicht mehr durch die Abluftwärme gedeckt wird, schaltet sich zusätzlich ein weiterer Wärmeerzeuger ein. Das kann ein Heizstab sein oder eine bereits vorhandene fossile Heizung. Solarthermie kommt natürlich auch infrage.

Kombination für Brauch- und Heizungswasser

Soll die Abluftwärmepumpe auch die Heizung unterstützen, ist die Konstruktion sehr ähnlich. Allerdings braucht man hier bei Verwendung von herkömmlichen Systemen einen größeren Speicher und eine Wärmepumpe mit deutlich höheren Leistungskennzahlen. Mitunter wird diese auch so eingebaut, dass sie der Außenluft Wärme entzieht und nicht nur der Raumluft. Um Spitzenlasten abzudecken, ist es sinnvoll, eine bereits vorhandene fossile Heizung beizubehalten.

Schickedanz vertritt für seine Kompaktgeräte eine andere Philosophie. Diese Systeme seien mit einem hocheffizienten Kältekreis sowie mit einem 180-l-Brauchwasserspeicher ausgestattet und für einen Vierpersonenhaushalt mit normalem Warmwasserbedarf genau richtig. Bei bestimmungsgemäßen Einsatz würden diese Systeme mit maximal 5 % Heizstabanteil, bezogen auf den Norm-Wärmebedarf des Hauses dimensioniert.

Wie die Regelung erfolgt

Bei einem System zur Brauchwassererwärmung erfolgt die Regelung meist über ein einfaches und gemeinsames Display für Wärmepumpe und Lüftung. Hier wird nur angegeben, wann die zusätzliche Wärmequelle anspringen soll, um eine bestimmte Zieltemperatur im Speicher zu erreichen.

Die Regelung von Systemen für Heizung, Brauchwasser und kontrollierter Wohnungslüftung ist etwas komplexer, jedoch bei Kompaktsystemen meist ebenfalls einfach durch den Nutzer zu handhaben. Wie von herkömmlichen Heizungen bekannt lassen sich tages- und jahreszeitliche Einstellungen vornehmen.

Wichtiges für Installateure

Für Installateure ist wichtig, den Abluftventilator auf den zu erwartenden Volumenstrom und auch den Mindestvolumenstrom schon bei der Erstinbetriebnahme einzustellen. Ersterer ist abhängig vom Druckverlust im Rohrsystem der Lüftungsanlage. Wenn Abluftwärmepumpe und Brauchwasserwärmepumpe im Einsatz sind, schaltet der Abluftventilator automatisch auf Mindestvolumenstrom. Bei einem Einsatz als Abluftwärmepumpe zur kontrollierten Wohnungslüftung, Heizung und Brauchwasserbereitung ist die Anlage gemäß des nach DIN 1946-6 berechneten Volumenstromprotokolls auf den erforderlichen Volumenstrom einzustellen.

Während der Bauphase sollten sämtliche Lüftungsrohre und das Gerät verschlossen sein, damit kein Baustaub ins System eindringen kann. Grundsätzlich sollte die Lüftungsanlage nicht während der Bauphase betrieben werden.

Wie bei allen leitungsgebundenen Systemen ist bei der Installation darauf zu achten, dass die zu überbrückenden Strecken möglichst kurz sind. Das gilt sowohl für die Elektro- als auch die Lüftungskomponenten und die Siphonleitung zur Ableitung des Kondenswassers. Da die Fortluft stark abgekühlt wird, ist die Fortluftleitung diffusionsdicht zu isolieren. Abluftleitungen, die durch kalte Bereiche verlegt werden, sind gegen Wärmeverlust zu isolieren. Wegen der Geräuschkulisse, die sowohl Wärmepumpe als auch Lüfterventilatoren und Luftstrom erzeugen, sollten diese nicht direkt neben Räumen aufgestellt werden, die der Ruhe dienen, etwa Wohn-, Schlaf- oder Kinderzimmern.

Voraussetzung für die Installation, sagt Markus, ist auf jeden Fall eine korrekte Lüftungsplanung. Sie garantiert, dass ausreichend verbrauchte Luft abgeführt werden kann – gleichzeitig aber auch die entsprechende Menge frischer Zuluft eingebracht wird oder nachströmen kann. „Entweder kommt die Lüftungsplanung von einem TGA-Fachplaner oder der Fachhandwerker ist dafür verantwortlich“, so Markus. „Viele unserer Partner nutzen unser Schulungsangebot, um sich entsprechend zu qualifizieren – oder lassen die Planung als Dienstleistung von unserer Planungsabteilung machen.“

Fortluft nicht zum Nachbarn blasen

Fortluftöffnungen können sowohl auf dem Dach als auch an der Wand installiert werden, nicht jedoch an der Hauptwindseite, also Westen oder Nordwesten. Damit es keinen Ärger mit dem Nachbarn gibt, sollten die Öffnungen auch nicht auf dessen Fenster gerichtet sein. Der Querschnitt richtet sich ebenfalls nach den Volumenströmen.

Hinsichtlich der zu verarbeitenden Materialien gibt es im Wohnungsbau keine besonderen Ansprüche. Bei Sonderlösungen sind eventuell umfangreiche Filter nötig. Teilweise müssen auch die Wärmetauscher entsprechend dimensioniert und ausgelegt sein, beispielsweise in Edelstahl oder einem bestimmten Kunststoff.

Bei der Installation sind vor allem Elektriker und Handwerker mit Erfahrungen im Lüftungsbau gefragt. Wer sich auch als Heizungsbauer mit dem System befassen möchte – alle Hersteller bieten dazu Schulungen an. Ein Blick auf die anderen Gewerke kann hier nur hilfreich sein. Tecalor etwa führt Schulungen im Schulungszentrum in Fulda durch. Bei Stiebel erfolgt diese am 2015 eröffneten Energy Campus am Stammsitz in Holzminden. Deutschlandweit wird aber auch dezentral geschult.

„Unsere Anlagen können via dreistufigem Vertriebsweg von jedem Heizungsfachbetrieb installiert werden, denn gerade die Kompaktsysteme sind speziell daraufhin konzipiert“, so Schickedanz. Eine Teilnahme an einer Grundlagenschulung, die bundesweit angeboten würden, sei in jedem Fall sehr sinnvoll. Eine fünfjährige Herstellergarantie würde nur vergeben, wenn ein zertifizierter Partner die Inbetriebnahme durchführe.

Mehr zum Thema auf der ISH

Erstmals veranstaltet die SBZ themenbezogene Führungen über die SHK-Fachmesse ISH (14. März bis 18. März), sogenannte Guided Tours. Einen Schwerpunkt bilden Rundgänge zu den Themen Klimatechnik und Lüftungsanlagen. Jede Tour dauert etwa zwei Stunden. Die Teilnahme ist kostenlos, Teilnehmer erhalten zudem kostenfreien Zugang zur Messe.

www.sbz-online.de/guidedtours

Praxisbeispiele für die Kombination von Abluftwärmepumpen und Lüftungsanlagen

Wärmepumpe und Lüftung per Internet steuern

2011 hat sich die Familie Schröter ihren Traum vom eigenen Haus erfüllt. Die Familie hat das Haus selbst geplant. Die Wahl fiel auf eine Wärmepumpe in Kombination mit Lüftungsanlage. Nach intensiver Recherche hat er sich für eine Nibe-Abluftwärmepumpe entschieden, unter anderem auch wegen der einfacher Regelung.

Die Wärmepumpe ist mit dem Internet verbunden und mit dem Home Management System des Hauses vernetzt. Über dieses System kann man das ganze Haus aus der Ferne überwachen und steuern. Durch Zugriff auf eine Datenbank kann die Wärmepumpe aktuelle Wetterdaten abrufen. Ihr Funktionsbetrieb kann so angepasst und der Energieverbrauch optimiert werden.

Die Energiekosten liegen bei etwa 800 Euro jährlich für Heizung, Brauchwasserbereitung und kontrollierte Wohnungslüftung, und das bei einer Wohnfläche von rund 240 m².

Abluftheizung für Mehrfamilienhaus

Ein Mehrfamilienhaus in Soest heizt mit einer seltenen, aber effizienten Kombination. Meinolf Bonnekoh, Inhaber eines Elektro-Fachbetriebes, entschied sich für ein Zusammenspiel aus Luft/Wasser-Wärmepumpe, kontrollierter Wohnungslüftung mit Warmwasser-Abluftwärmepumpe und Photovoltaik-Anlage.

Insgesamt neun Wohnungen zwischen 50 und 90 m² beherbergt das Gebäude. In jeder Wohnung übernimmt ein LWA 100, ein Lüftungsgerät mit integrierter Wärmepumpe WPL 34 von Stiebel Eltron, die Warmwasserbereitung mit der Energie aus der verbrauchten Luft. So bleibt der Verrohrungsaufwand in jeder Einheit gering, denn es wird ja nur die verbrauchte Luft aus sensiblen Bereichen wie dem Badezimmer und der Küche abgezogen. Die dezentrale Warmwasserversorgung ist zudem auch hygienisch vorteilhaft. So entfallen, neben den Zirkulationsverlusten, auch die Beprobungskosten, die bei einer zentralen Warmwasserversorgung anfallen würden.

Der benötigte Strom wird von einer eigenen 30-kWp-Photovoltaikanlage erzeugt. Überschüsse werden ins Netz eingespeist. Vermietet werden die Wohnungen warm. Eine Ablesung der Wärmeverbräuche der Mieter hätte 2000 Euro gekostet – mehr als die kompletten Heizkosten des Hauses.

Mehrgenerationen-Siedlung mit Abluftwärmepumpen

Die vom Architekten Hans Fritz geplanten Holzhäuser einer Mehrgenerationensiedlung in Bad Endorf werden mit Wärmepumpen- und Photovoltaik-Technik versorgt. Ein Haus mit drei Bewohnern darf für Heizung und Warmwasser maximal 300 Euro Strom pro Jahr verbrauchen. Erreicht wird das unter anderem durch die kontrollierte Wohnraumlüftung mit Rückgewinnung der Energie in der ausgetauschten Luft. Im Betrieb sind hier die Abluftwärmepumpen F470 von Nibe, konzipiert für den Einsatz in Häusern mit sehr geringem Wärmebedarf oder für Wohnungen in Mehrfamilienhäusern.

Die Systemlösung besteht aus der Wärmepumpe für Heizung und Brauchwasser mit integriertem Brauchwasserspeicher und der Wohnungslüftung. Die Wärmeverteilung erfolgt über die Fußbodenheizung mit geringen Vorlauftemperaturen.

Die Zuluftführung erfolgt zentral über ein angeschlossenes Luft-Verteilsystem. Die in der Abluft vorhandene Wärmeenergie wird von der Wärmepumpe aufgenommen und für die Bereitstellung von Heiz- und Warmwasser genutzt. Die frische Zuluft gelangt gefiltert und vorgewärmt ins Haus.

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Frank Urbansky ist freier Journalist und Mitglied der Energieblogger, 04158 Leipzig, Telefon (01 71) 5 25 32 79, urbansky@enwipo.de