Wärmepumpen-Hybridsysteme

Wenn in einem unsanierten oder teilsanierten Ein- oder Zweifamilienhaus eine Heizungsmodernisierung ansteht, stellt sich somit die Frage, welches Heizsystem auf Basis erneuerbarer Energien eine zukunftssichere Lösung bietet. Fachhandwerker können dabei in der Beratung oft ein Wärmepumpen-Hybridsystem als sinnvolle Option empfehlen.

Hybridsystem erfüllt die 65-%-EE-Regel

Ein Wärmepumpen-Hybridsystem besteht aus einer Wärmepumpen-Außeneinheit, einem konventionellen Brennwertkessel zur Spitzenlastabdeckung und ei-nem Hybridmanager zur Regelung. Das System lässt sich mit den vorhandenen älteren Heizkörpern einsetzen. Vor allem erfüllt ein Wärmepumpen-Hybridsystem bei entsprechender Auslegung sofort den gesetzlich vorgeschriebenen Anteil von 65 % erneuerbarer Energien – die Wärmepumpe übernimmt dabei den Hauptteil der Beheizung und Warmwasserbereitung. Hausbesitzer legen auf diese Weise bereits die Basis, um zu einem späteren Zeitpunkt ausschließlich mit erneuerbaren Energien zu heizen. Denn diese Lösung ermöglicht eine schrittweise Gebäudesanierung. Hauseigentümer heizen direkt nachhaltiger und müssen nicht sofort in weitere Maßnahmen wie Dämmung der Gebäudehülle oder neue Fenster investieren – das lässt sich dann angehen, wenn es zeitlich, organisatorisch und finanziell möglich und sinnvoll ist. Sind schließlich alle Rahmenbedingungen dafür geschaffen, kann komplett per Wärmepumpe geheizt werden. Der Brennwertkessel geht dann in den Ruhestand. Der Aufwand für Planung und Installation eines Wärmepumpen-Hybridsystems ist überschaubar. Zu beachten sind dabei nur einige grundlegenden Schritte, wie in Bild 1 dargestellt ist.

GEG-Konformität sicherstellen

So sollte sichergestellt werden, dass das Wärmepumpen-Hybridsystem die Anforderungen des GEG erfüllt. Dazu muss die thermische Leistung der Wärmepumpe bei bivalent parallelem oder bivalent teilparallelem Betrieb mindestens 30 % der Heizlast, bei bivalent alternativem Betrieb mindestens 40 % der Heizlast betragen. Das gilt als erfüllt, wenn die Leistung der Wärmepumpe beim Teillastpunkt A nach DIN EN 14825 mindestens 30 % beziehungsweise 40 % der Leistung des Spitzenlasterzeugers entspricht. Der fossile Spitzenlasterzeuger muss ein Brennwertkessel sein. Ein Beispiel: Die Heizlast des Gebäudes beläuft sich auf 18 kW, die Vorlauftemperatur soll 55 °C betragen. Um das GEG zu erfüllen, muss die Wärmepumpe somit mindestens eine Leistung von 5,41 kW bei A-7/W55 °C bei bivalent parallelem oder bivalent teilparallelem Betrieb haben.

Abstände zum Lärmschutz bei der Aufstellung einhalten

In Deutschland regelt die TA-Lärm, wie anhand von Richtwerten die Lärmimmissionen einer Wärmepumpen-Außeneinheit ermittelt und beurteilt werden. Je nach Gebietstyp schreibt die TALärm unterschiedliche Grenzwerte vor, die nicht überschritten werden dürfen. Die Betreiber sind dafür verantwortlich, dass ihre Anlagen die Grenzwerte einhalten – 50dB(A) tags und 35dB(A) Schallpegel nachts für ein reines Wohngebiet. Bauherren, Architekten und Installateure brauchen somit Entfernungsangaben für die Aufstellung von Wärmepumpen. Hier können die Angaben des Herstellers weiterhelfen. Liegen diese nicht vor oder ist unklar, wie laut die Wärmepumpe arbeitet, können Fachhandwerksbetriebe den Schallrechner des Bundesverbands Wärmepumpe zu Rate ziehen (www.waermepumpe.de/schallrechner).

Er ermöglicht es, die Lärmimmissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen nach TA-Lärm im Tagbetrieb zu Zeiten erhöhter Empfindlichkeit und während der Nacht zu beurteilen. Hilfreiche Faustregel: Mit 3 m Abstand zum benachbarten (oder eigenen) Fenster lassen sich die meisten Bausituationen abdecken (Lw 49,5 dB(A) bei Aufstellung an einer Hauswand). Besonders leise Wärmepumpen unterbieten die 50 dB(A) tagsüber und 35 dB(A) nachts auch bei geringem Abstand von weniger als 2 m zum nächsten Nachbarfenster – etwa die Buderus Wärmepumpen-Außeneinheit „Logatherm WLW MB AR“ mit 5 kW im schallreduzierten Betrieb.

Schutzbereiche bei Kältemittel R290 beachten

Moderne Wärmepumpen arbeiten mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan), das ein sehr niedriges Treibhauspotenzial (GWP) von 0,02 aufweist. Das Kältemittel ist umweltschonender als etwa das herkömmliche Kältemittel R410A, das mit einem Treibhauspotential (GWP) von 2088 ein mehr als 100000-mal höheres GWP hat. Zu beachten ist beim R290 jedoch, dass ein Schutzbereich um die Wärmepumpe eingehalten wird. Da R290 eine höhere Dichte als Luft hat, könnte es sich im Falle eines Lecks in Bodennähe anreichern. Fachhandwerker müssen deshalb darauf achten, dass sich das Kältemittel nicht in Nischen, Abflüssen, Spalten, sonstigen Senken, Mulden oder Öffnungen im Gebäude sammeln kann. Steckdosen oder elektrische Betriebsmittel, Lichtschächte und Bodenabläufe dürfen sich nicht im Schutzbereich befinden, Fenster- und Türöffnungsradien nicht in den Schutzbereich ragen. Grundsätzlich sind die Herstellerangaben in den Installationsanweisungen zu beachten.

Geeignete Aufstellungsart wählen

Die Außeneinheit einer Wärmepumpe muss im Freien auf einem ebenen und festen Untergrund unter Beachtung des Schalldruckpegels aufgestellt werden und jederzeit für Wartungsarbeiten zugänglich sein. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe lässt sich im Wesentlichen auf drei verschiedene Arten montieren: Auf einem Montagesockel, der direkt auf dem Boden platziert wird, auf einem geeigneten Fundament ohne Montagesockel oder auf einer Wandkonsole an einer tragfähigen Gebäudewand. Bei Montage per Wandkonsole sollte der Abstand mindestens 25 cm zur Außenwand betragen, damit die Luft gut zirkulieren kann. Generell nicht mit der Ausblasseite gegen die Hauptwindrichtung installieren.

Gibt es keinen geeigneten festen Un-tergrund für eine Wärmepumpe, muss für eine Bodenmontage zuerst ein Betonfundament hergestellt werden. Dieses un-terliegt den örtlichen Erfordernissen und den Regeln der Bautechnik. Entsprechend sind Fundamentstärke, Fundamentuntergrund und Frostschutz für das Flächen- oder Streifenfundament zu beachten. Falls vom Hersteller zur Verfügung gestellt, können Fachhandwerker für die Befestigung der Luft -Wasser-Wärmepumpe Fundamentschablonen im Maßstab 1:1 nutzen. Damit lassen sich die erforderlichen Bohrlöcher nach Fertigstellung des Flächen- oder Streifenfundaments schnell und passgenau herstellen. Statt ein Betonfundament zu erstellen, ist auch die Verwendung eines Fertigfundaments möglich. So bietet etwa Buderus mit dem „Logatherm“-Fertigfundament eine Lösung aus recyceltem Kunststoff an, welche sich schnell installieren lässt und für alle Wärmepumpen des Anbieters bis 14 kW passt. Anders als bei gegossenen Fundamenten entstehen keine Wartezeiten auf der Baustelle, weil mit dem Fertigfundament die Trocknungszeit entfällt. Das Einlassen in die Grube wird durch seitliche Tragegriffe erleichtert.

Rohrleitungen ausreichend dimensionieren

Bei einem Hybridsystem sollten die Vorlauf- und Rücklaufleitungen zwischen Wärmepumpe und Brennwertkessel eine Mindestlänge haben – hierfür sind die Herstellerangaben zu beachten. Die Mindestlänge ermöglicht Abtauung und Mindestlaufzeit der Wärmepumpe (beispielsweise 6 min).

Ein Beispiel: Bei der Buderus Wärmepumpen-Außeneinheit „WLW MB A H“ mit 7 kW Leistung beträgt die Mindestlänge für die Vor- und Rücklaufleitungen 5 m (bei den Rohrdurchmessern DN 25 und DN 32), die Maximallänge 16,5 m (DN 25) bezie-hungsweise 30 m (DN 32). Die Versorgungsleitungen werden durch die Gebäudehülle geführt – hierfür kann eine vorgefertigte Wanddurchführung sehr hilfreich sein.

Wärmepumpenoptimiert regeln

Ist das Wärmepumpen-Hybridsystem fachgerecht installiert, lässt sich eine Regelungsstrategie einstellen. Diese legt fest, wann welcher Wärmeerzeuger betrieben wird. Je nach Hersteller ist die optimale Regelstrategie schon werksseitig ausgewählt: So lässt sich beispielsweise das Buderus Wärmepumpen-Hybridsystem mit Gas-Brennwertkessel und Wärmepumpenau-ßeneinheit mit den Werkseinstellungen der Systembedieneinheit betreiben. Dabei ist die Regelungsstrategie „Wärmepumpe optimiert“ voreingestellt: Für den Heizbe-trieb versorgt die Wärmepumpe oberhalb der Bivalenztemperatur allein die Wärmeanforderung. Unterhalb dieser Tempera-tur schaltet sich der Brennwert-Wärmeer-zeuger hinzu, wenn die Wärmepumpe die Wärmeanforderung länger als eine halbe Stunde nicht decken kann. Der Brennwert-Wärmeerzeuger schaltet sich sofort hinzu, wenn die Wärmepumpe die geforderte Vorlauftemperatur wegen ihrer Einsatzgrenzen nicht erreichen kann. Die Warmwasserbereitung erfolgt unabhängig von der Bivalenztemperatur. Hier übernimmt die Wärmepumpe die Speicherbeladung so lange, bis sie ihre maximal mögliche Vorlauftemperatur erreicht. Wenn das nicht ausreicht, um den Speicher vollständig zu beladen, wird der Zusatz-Wärmeerzeuger aktiviert, um die Beladung abzuschließen. Darüber hinaus sind bei diesem System nur noch Einstellungen erforderlich, wenn das Wärmepumpen-Hybridsystem zusätzlich mit Smart Grid oder einer Photovoltaikanlage betrieben wird.

Fazit

Wärmepumpe und Brennwertkessel lassen sich in wenigen Schritten zu einem Wärmepumpen-Hybridsystem kombinieren, dass sich insbesondere bei der Heizungsmodernisierung für teilsanierte- oder unsanierte Bestandsgebäude eignet. Es bietet eine zukunft ssichere Lösung auf Basis erneuerbarer Energien. Fachhandwerker können dazu auf Systemkomponenten zurückgreifen, die auf ein hybrides Zusammenspiel optimiert sind. Praktisches Zubehör wie Wanddurchführungen und Fertigfundamente erleichtern zudem die Installation. Wird bei Inbetriebnahme eine wärmepumpenoptimierte Regelstrategie gewählt, stellt das eine effiziente, nachhaltige und kostensparende Betriebsweise des Wärmepumpen-Hybridsystems sicher.

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Hankel, Senior Produktmanager Hybridsysteme bei Buderus

www.buderus.de