Verzahnte Technik
Wärmepumpen, ergänzt um einen oder mehrere Wärmeerzeuger, können künftig eine wichtige Rolle spielen
Warmwasser-Wärmepumpen saugen warme Innenluft an und entziehen ihr Wärme. Das Temperaturniveau ist speziell auf die Trinkwasserbereitung ausgelegt.Bild: Stiebel Eltron
Mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe lässt sich die in der Außenluft vorhandene Energie für die Gebäudeheizung und zur Erwärmung des Trinkwassers nutzen. Das funktioniert grundsätzlich auch bei niedrigen Temperaturen im Winter. Bild: Viessmann
Eine Zeolith-Gas-Wärmepumpe macht die natürliche Wärmeerzeugung des Minerals Zeolith mit Wasser für die Heizung nutzbar. Das Gerät verbindet Gas-Brennwerttechnik, Zeolith-Sorption und Solarthermie zu einer Systemkombination. Bild: Vaillant
Hybride Heizsysteme sind im Trend, bestehend aus z.B. einer Luft/Wasser-Wärmepumpe und einem integrierten Gas-Brennwertkessel. Eine solche Kombination erzielt hohe Vorlauftemperaturen von etwa 80°C.Bild: Rotex
Die Kombination aus Sole/Wasser-Wärmepumpe und Eisspeicher nutzt die im Wasser enthaltene Energie, die beim Gefrieren frei wird: Die Wärmepumpe entzieht dem Speicher solange Energie, bis das Wasser vereist. Solare Wärme taut den Eisspeicher später wieder auf. Der Kreislauf beginnt von Neuem. Bild: Viessmann
Wärmepumpen sind längst kein Nischenprodukt mehr. Gerade im Neubau dürfte der Absatz durch verschärfende Vorschriften zukünftig sogar noch steigen. Aber auch im Gebäudebestand kommen sie zum Einsatz. Werden Wärmepumpen mit weiteren Wärmeerzeugern oder anderen Energien verbunden, z.B. Gas-Brennwert oder Photovoltaikanlagen, spricht man von hybriden Systemen.
Viele gut gedämmte Häuser sind heute bereits mit Wärmepumpen ausgestattet. Aber auch Besitzer von Gebäuden, die energetisch weniger anspruchsvoll sind, setzen verstärkt auf diese Heiztechnik. Gängige Systeme sind Sole/Wasser-, Wasser/Wasser- und Luft/Wasser-Wärmepumpen. Dazu kommt eine Reihe neuerer Entwicklungen wie Hybrid-Wärmepumpen oder Gas-Wärmepumpen.
Luft/Wasser-Wärmepumpen sind beliebt
Der bislang am häufigsten installierte Wärmepumpentyp sind Sole/Wasser-Wärmepumpen, die Wärme aus dem Erdreich gewinnen. Sie nutzen dazu Erdsonden oder Flächenkollektoren. Ab einer Tiefe von 15 m liegt die Erdtemperatur um die 10°C, was eine über das Jahr gesehen konstante Wärmenutzung ermöglicht.
Eine innovative Wärmequelle, die im „Aktivhaus B10“ realisiert wurde, sind Eisspeicher. Sie machen Erdsonden und -kollektoren überflüssig. Beim Eisspeichersystem von Viessmann beispielsweise wird Außenluftwärme und solare Strahlungswärme auf einen mit Wasser gefüllten Betonspeicher im Erdreich eingespeist. Über einen Wärmeübertrager entzieht die Wärmepumpe die Energie zum Heizen und zur Trinkwassererwärmung, bis sich das Wasser so stark abkühlt, dass es vereist. Dieser Wechsel von Wasser zu Eis bringt einen zusätzlichen Energiegewinn. Durch die Außenluftwärme und solare Strahlungswärme wird das Eis später wieder aufgetaut.
Komplizierte Genehmigungsverfahren, Vertrauensverluste bei Endkunden durch Schäden nach Erdwärmebohrungen und hohe Erstinstallationskosten haben seit 2011 zu einem Absatzrückgang bei Sole/Wasser-Wärmepumpen geführt. Sie werden heute vor allem bei Großprojekten und immer weniger im Ein- und Zweifamilienhausbereich installiert.
Profitiert haben Luft/Wasser-Wärmepumpen. Denn sie sind einfacher zu installieren und daher günstiger in der Anschaffung. Die Hersteller setzen heute auf Geräte mit optimierten Komponenten wie leistungsgeregelte Verdichter und effizientere Ventilatoren. Immer mehr Luft/Wasser-Wärmepumpen arbeiten mit Kompressoren, deren Drehzahl sich stufenlos dem benötigten Wärmebedarf anpasst. Außerdem ist es gelungen, die Schallemissionen zu reduzieren. Weit oben in der Gunst der Heizungskäufer stehen platzsparende und preisgünstige Split-Geräte. Ventilator und Verdampfer werden außen aufgestellt, die eigentliche Wärmepumpe steht im Gebäude.
Sanierungsstau bremst Wärmepumpenabsatz im Altbau
Als Alternative zu Erdwärmenutzung sind Luft/Wasser-Wärmepumpen inzwischen auch im Gebäudebestand eingezogen. Allerdings stellen sich einige Herausforderungen: Wärmepumpen arbeiten umso wirtschaftlicher, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeverteilsystem ist. Ideal sind daher Flächen- und Fußbodenheizungen mit einer Vorlauftemperatur von etwa 35°C, die im Bestand jedoch selten installiert sind. Speziell für die Modernisierung bieten die Hersteller deshalb Geräte, die für höhere Vorlauftemperaturen um 65°C geeignet sind, was aber zu Lasten der Effizienz geht.
Immer mehr Hybridheizungen im Einsatz
Ein Trend sind hybride Heizlösungen, also eine Kombination aus unterschiedlichen Heizsystemen. Sie verschaffen nicht nur größere Unabhängigkeit, sondern machen auch den Wärmepumpenbetrieb effizienter. Gerade bei hohen Vorlauftemperaturen kann sich das lohnen. Ein Öl- oder Gaskessel deckt beispielsweise die Spitzenlasten an sehr kalten Tagen ab, während die kleiner dimensionierte Wärmepumpe die Grundlast übernimmt oder generell nur in der wärmeren Jahreszeit zum Einsatz kommt.
Insbesondere Luft/Wasser-Wärmepumpen werden oft mit anderen Wärmeerzeugern kombiniert, da die Wärmequelle Außenluft im Winter, wenn der größte Heizwärmebedarf besteht, am kältesten ist. Eine solche Kombi-Lösung bietet beispielsweise Rotex mit der Gas-Hybrid-Wärmepumpe „HPU hybrid“. Das System besteht aus einer Luft/Wasser-Wärmepumpe in Splitbauweise mit integriertem Gasbrennwertkessel. Es liefert Vorlauftemperaturen von 25 bis 80°C und benötigt nicht mehr Platz als ein herkömmlicher Gaskessel. Auch Junkers (Bosch Thermotechnik GmbH) kombiniert beim „Supraeco SAS Hybrid“ eine Split-Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Gas-Brennwertheizung. Darüber hinaus können Solarthermieanlagen die Wärmepumpe unterstützen. Sie beliefern oft direkt den Trinkwasser- oder Pufferspeicher mit Wärme.
Technisch ist es möglich, eine Wärmepumpe mit Photovoltaik-Unterstützung zu betreiben: Entweder sind Wärmepumpe und PV-Anlage getrennt voneinander in den Haushaltsstromkreis eingebunden oder beide kommunizieren miteinander. Hersteller bieten inzwischen Komplettpakete aus PV-Modulen und reinen Brauchwasser-Wärmepumpen an. Buderus (Bosch Thermotechnik GmbH) bietet beispielsweise ein multivalentes Heizsystem, das die Warmwasser-Wärmepumpe „Logatherm WPT 270/2“ mit einer PV-Anlage und einem Pelletofen kombiniert.
Smarte Regelung ist ein Muss
Zur optimalen Steuerung werden Wärmepumpen künftig verstärkt in Smart Home- oder Home Energy Management-Systeme eingebunden. In intelligenten Stromnetzen – sogenannten Smart Grids – könnten Wärmepumpen künftig dazu beitragen, die schwankende Einspeisemenge regenerativen Stroms aus Wind und Sonne durch entsprechenden Verbrauch auszugleichen und so die Integration der Erneuerbaren Energien unterstützen. Bei einem Überangebot an Strom und drohender Netzüberlastung werden sie eingeschaltet und beladen Trinkwasser- und Heizungsspeicher, ohne dass sich der Betreiber darum kümmern muss. Dies wird als Power-to-Heat-Prinzip bezeichnet.
Neue Felder für Wärmepumpen
Alternative Lösungen sind Gas-Wärmepumpen und Luft/Luft-Wärmepumpen. Gaswärmepumpen nutzen als Antriebsenergie Erdgas statt Strom. Während gasmotorische Wärmepumpen wohl vorerst hierzulande keine Rolle spielen werden, bestehen Absatzchancen für Gas-Sorptionsanlagen. Nach diesem Prinzip arbeitet beispielsweise die Gas-Wärmepumpe „Zeotherm“ von Vaillant. Sie besteht aus einer Gasbrennwerteinheit und einem Zeolith-Modul. Das Mineral Zeolith wird durch den Gasbrenner erwärmt und lagert Wasserdampf an. Bei diesem Prozess wird Wärme frei, die sich zum Heizen nutzen lässt.
Luft/Luft-Wärmepumpen kommen in Häusern mit kontrollierter Wohnraumlüftung wie Passivhäusern zum Einsatz und könnten mit der weiteren Verschärfung der Bauvorschriften deshalb künftig wichtiger werden. Diese Luft/Wasser-Wärmepumpen entziehen der Abluft Wärme und übertragen sie direkt an die Frischluft. Auf diese Weise wird ein Wärmeübergang eingespart und die Effizienz gesteigert.
