Heizungsanlagensanierung mit Wärmepumpe
Projektbeispiel: Auslegung einer Wärmepumpenanlage ohne Gebäudesanierung bietet bei einer Vorlauftemperatur von 55 °C eine Jahresarbeitszahl 3,89
Die Doppelhaushälfte von Marc Freiburger und seiner Frau wurde 1994 gebaut und hat eine beheizte Wohnfläche von 137 m2.
Nachdem alles fertig ist, wird auch noch das bestehende Heizsystem (Heizkörper und Fußbodenheizung) durchgespült. So werden Schlamm und Metallspäne, die noch vom alten Öl-Heizkessel im System sind, entfernt.
Die Verteiler für die Fußbodenheizung wurden ausgetauscht und auf neuen Stand gebracht. Vor der Inbetriebnahme wurde auch noch ein hydraulischer Abgleich durchgeführt, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erhalten.
Aufstellung der Wärmepumpeninneneinheit.
Das Außengerät ist gegen Schallübertragung gedämmt und mit 35 dB(A) in 3 m Abstand geräuscharm.
Während sich Wärmepumpen als Standardtechnologie bei Neubauten längst etabliert haben – ihr Anteil lag 2019 laut Statistischem Bundesamt bereits bei über 46 % – haben sie sich in der Bestandssanierung noch nicht im gleichen Umfang durchgesetzt. Dabei ist ihr Potenzial auch im Bestand hoch: Moderne Wärmepumpensysteme sind leistungsfähig, weisen hohe Effizienzwerte auf und schaffen Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C und eignen sich so auch für den Betrieb mit bestehenden Heizkörpern. Wie eine Umrüstung im Bestand funktioniert und welche Leistungszahlen mit der Wärmepumpe auch im nicht renovierten Bestand erzielt werden können, zeigt eine Heizungsmodernisierung in der Nähe von Heilbronn.
Für das Projektbeispiel richten wir den Blick nach Heilbronn. Hier wohnt das Ehepaar Freiburger, das sich vor allem aus ökologischen Gründen für eine Heizungsmodernisierung entschieden hat: „Wir wollten unsere Ölheizung schon seit Jahren ersetzen und weg von fossilen Brennstoffen kommen. Bisher gab es aber keine gute Lösung, bei der wir nicht noch zusätzlich das ganze Haus hätten renovieren müssen. Unser Heizungsbauer hat uns dann die Wärmepumpe von Daikin vorgestellt. Die passt genau für unsere Bedürfnisse“, kommentiert Marc Freiburger die Entscheidung für die Heizungsmodernisierung. Zum Einsatz kommt nun die Luft/Wasser-Wärmepumpe „Daikin Altherma 3 H HT“, die laut Hersteller speziell für die Heizungsmodernisierung entwickelt wurde. Das Gerät erzielt Vorlauftemperaturen bis 70 °C bei minus 15 °C Außentemperatur. „Ein Vorteil der hohen Vorlauftemperaturen ist, dass Familie Freiburger an ihrem Haus keine weiteren Modernisierungsmaßnahmen wie etwa eine zusätzliche Fassaden-Dämmung vornehmen muss. Diese Wärmepumpe heizt auch zuverlässig im tiefsten Winter“, erklärt der Heizungsbauer Oliver Fleig, der mit seinem Team die neue Wärmepumpe im September 2020 installiert hat. Auch die Wärmeverteilung konnte bestehen bleiben: So werden etwa 76 m² über die vorhandene Fußbodenheizung temperiert und das Schlafzimmer sowie andere Räume werden weiterhin über Heizkörper mit hoher Vorlauftemperatur beheizt. Die Doppelhaushälfte des Ehepaars Freiburger wurde 1994 gebaut und hat eine beheizte Wohnfläche von insgesamt 137 m². Die Leistung des bisherigen Öl-Heizkessels betrug 33 kW.
Dimensionierung der Wärmepumpe
Luft/Wasser-Wärmepumpen können im Idealfall bis zu 80 % der benötigten Wärme aus der Umgebungsluft beziehen. Die Umgebungsluft kann jedoch nicht immer eine konstante Energiemenge zur Verfügung stellen. Wenn im Winter die Außentemperaturen sinken, verringert sich bei den meisten Luft/Wasser-Wärmepumpen auch die Leistung. Allerdings richtig ausgelegt und dimensioniert arbeiten Wärmepumpen trotz dessen über das Jahr betrachtet effizienter als viele andere Heizungsanlagen. Beim Ehepaar Freiburger, die zuvor einen Heizölverbrauch von 2200 l hatten, kommt nun die Wärmepumpe mit einer Leistung von 14 kW und einem Wärmespeicher mit 500-l-Fassungsvermögen zum Einsatz. Die Trinkwassererwärmung erfolgt im Durchflussprinzip. Die Auslegung der Wärmepumpe wurde mit folgenden Parametern berechnet: Vorlauf- und Trinkwarmwassertemperatur 55 °C, Vier-Personen-Haushalt, Temperaturspreizung 7 K, Normaußentemperatur - 11 °C.
Die Norm-Außentemperatur fließt in die Berechnung der Norm-Heizlast ein, wird aber darüber hinaus benötigt, um den Bivalenzpunkt zu ermitteln. Die Norm-Außentemperatur ist das tiefste Zweitagesmittel der Außentemperatur, das zehnmal in 20 Jahren erreicht oder unterschritten wurde. Damit eignet sich die Norm-Außentemperatur zur Festlegung des Norm-Auslegungspunktes, d. h. des Punktes, der die maximale klimatische Herausforderung an eine Wärmepumpe darstellt. In Heilbronn und Umgebung liegt die Normaußentemperatur bei - 11 °C. Die Werte der Auslegung der Wärmepumpe für die Familie Freiburger sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Norm-Heizlast wurde nach DIN EN 12831 berechnet. Der Bivalenzpunkt beschreibt die Außentemperatur, bis zu der der Energiebedarf des Gebäudes noch ausschließlich über die Wärmepumpe gedeckt werden kann. Im hier genannten Beispiel wurde der Bivalenzpunkt bei einer Außentemperatur von - 9,7 °C errechnet bei einer Wärmepumpenleistung von 10,7 kW. Sollte die Normaußentemperatur von - 11 °C erreicht werden, so liegt der Anteil des Heizstabs bei 6 %, auf den Jahreswärmebedarf gerechnet liegt der Heizstabanteil bei deutlich unter 1 %.
Hohe Jahresarbeitszahl und hohe CO2-Einsparung
„Da die Installation der Wärmepumpe erst vor ein paar Wochen stattfand, haben wir zwar noch keine aussagekräftigen Betriebsdaten vorliegen, aber bei der Auslegung der Wärmepumpe wurde eine Jahresarbeitszahl von 3,89 errechnet. Das ist in Anbetracht der hohen Vorlauftemperaturen und der Wärmeverteilung mit Heizkörpern sehr gut und zeigt, wie wirtschaftlich die Wärmepumpensysteme mittlerweile sind“, erklärt Oliver Fleig. Abhängig von der Witterung und dem Nutzerverhalten schwankt der Wärmebedarf eines Gebäudes stark. Bei der „Daikin Altherma 3 H HT“ kommt deshalb die Inverter-Technologie zum Einsatz, mit der die Leistung an den tatsächlichen Bedarf angepasst wird. Bei durchschnittlich 2000 Heizstunden pro Jahr ergibt sich gegenüber der alten Ölheizung mit einem jährlichen Verbrauch von 2200 l eine CO2-Einsparung von 5500 kg (abhängig vom Strom-Mix). Dies entspricht dem CO2-Bindungspotenzial von 440 Buchen. Um eine Tonne CO2 zu binden, muss eine Buche 80 Jahre wachsen. Dies bedeutet 80 Buchen können eine Tonne CO2 pro Jahr binden.
Zukünftig auf der wirtschaftlicheren Seite
Vergleicht man die prognostizierten jährlichen Stromkosten für die Wärmepumpe mit den bisherigen Betriebskosten der Ölheizung (bei einem derzeit sehr niedrigen Ölpreis von 0,45 Euro pro l Heizöl – Stand Ende Oktober 2020) beim Ehepaar Freiburger, so sind die Kosten für die Wärmepumpe derzeit pro Jahr noch um etwa 120 Euro höher. Dies wird sich in den nächsten Jahren jedoch umkehren, wenn ab Januar 2021 der CO2-Preis für Wärme eingeführt wird. Der CO2-Preis soll 2021 zunächst bei 25 Euro pro Tonne liegen, bis 2025 soll er auf 55 Euro steigen. Als Gegengewicht zur CO2-Bepreisung ist ein Paket an Entlastungen geplant, z. B. die langfristige Senkung des Strompreises. Das Prinzip: Steigen die Einnahmen aus der CO2-Bepreisung, wird der Strompreis weiter gesenkt. Dies kommt dann auch Besitzern/Nutzern von Wärmepumpen zugute.
Weitere Vorteile
Die Wärmepumpe bietet den neuen Hausbesitzern neben der hohen Leistungsfähigkeit auch weitere Vorteile: Das Außengerät ist mit 35 dB(A) in 3 m Abstand geräuscharm und eignet sich so laut Hersteller für dichtbesiedelte Wohngebiete und kleine Grundstücke. Beim Ehepaar Freiburger grenzen die Nachbargrundstücke direkt an und das Außengerät steht direkt unterm Schlafzimmerfenster. „Deshalb ist es wichtig, dass es leise läuft“, betont der Bauherr. Der Vorteil für die Installation ist, das durch die kompakte Monoblock-Bauweise die Montage der Wärmepumpenanlage auch für Installateure ohne Kälteschein möglich ist.
Durch den Wegfall der drei jeweils 2000 l fassenden Öltanks haben die Freiburgers neuen Stauraum hinzubekommen. Ein Vorteil für die wärmere Jahreszeit ist, dass die Wärmepumpe die Räume durch eine leichte Kühlung auch temperiert.
Fazit
Für Oliver Fleig ist die Wärmepumpe eindeutig das Heizsystem der Zukunft: „Aufgrund der bereits genannten Vorteile und der sehr guten Jahresarbeitszahlen, rate ich meinen Kunden zu Wärmepumpenanlagen. Häuser wie diese hier zeigen, dass die Umrüstung auf eine Wärmepumpe denkbar einfach ist.“
Auslegungstool für Wärmepumpen
Für die Auslegung von Wärmepumpen stellt DAIKIN ein Auslegungstool (Excel-Datei) zur Verfügung. Dieses berechnet auf Grundlage der Heizlast, des bekannten Öl-/Gasverbrauchs oder des Heizwärmbedarfs die Dimensionierung der Wärmepumpe. Ebenso berechnet es die Jahresarbeitszahl und ermittelt den Bivalenzpunkt sowie die zu erwartetenden Stromkosten. Installateure erhalten das Auslegungstool für Wärmepumpen bei ihrem DAIKIN Ansprechpartner.
Bilder: Daikin
