Hybridheizung: Ein sicherer Weg der Wärmewende
Die Kombination von Wärmepumpe und Brennwerttechnik kann eine sinnvolle Lösung sein bei unsanierten Gebäuden oder in Mehrfamilienhäusern. Wärmepumpen-Deckungsanteile von über 80 % lassen sich realisieren
Hybridsysteme in der Kombination aus Wärmepumpe zur Grundlastabdeckung plus Gas- oder Öl-Brennwert zur Spitzenlast sind in der Praxis erprobter Alltag. (August Brötje GmbH)
Das kommende Gebäudeenergiegesetz fordert bei neu eingebauten Heizsystemen einen Anteil von 65 % Erneuerbare Energien. Das bedeutet keineswegs das Aus für Brennwertsysteme, wenn sie mit Wärmepumpen zusammen agieren und übers Jahr synergistisch wirken. (August Brötje GmbH)
Bivalent-alternativer Betrieb: Bis zum gewählten Bivalenzpunkt arbeitet die Wärmepumpe alleine. Bei Erreichen des Bivalenzpunktes wird die Wärmepumpe ab- und das Brennwertgerät zugeschaltet. (August Brötje GmbH)
Bei Hybridanlagen übernimmt im Normalfall die Wärmepumpen-Regelung die Funktion des Führungswärmeerzeugers. (August Brötje GmbH)
Die geeignete Hydraulik ist entscheidend für die optimale Verteilung der Anteile der jeweiligen Wärmeerzeuger am Heiz- und Warmwasserbedarf. Hier empfehlen sich je nach Gebäudesituation unterschiedliche Konstellationen. (August Brötje GmbH)
Beispielhafte Berechnungsergebnisse per Simulation zeigen, dass über die Kombination aus Wärmepumpe und Brennwertkessel zum Hybrid für die Wärmepumpe Deckungsanteile von deutlich über 80 % erzielt werden können. Das liegt weit über den gesetzgeberisch vorgesehenen 65 % Erneuerbare-Energien-Anteil im neuen GEG. (August Brötje GmbH)
Das Zweifamilienhaus aus den 1930er-Jahren wurde mittels Hybridheizung saniert. (August Brötje GmbH)
Aufgeräumt wirkt der großzügig bemessene Aufstellraum der Heizung. (August Brötje GmbH)
Dank moderner Regelungstechnik sind Hybridkombinationen zur Wärmeversorgung eines Gebäudes in vielen Varianten möglich. Sinnstiftend sind sie dann, wenn sie sich tatsächlich ergänzen. Die Kombination von Wärmepumpe für die Grundlast und Brennwert-Heizgerät für die Spitzen gehört definitiv dazu.
Fachleute wissen, dass nicht jedes Bestandsgebäude ideal für die Wärmepumpe geeignet ist. Viele Gebäude haben nahe der Auslegungstemperatur eine Vorlauftemperatur, die so hoch ist, dass eine Wärmepumpe nur sehr ineffizient arbeitet. Bei Hybridanlagen übernimmt der Brennwertkessel in diesem Fall die Wärmeerzeugung und vermeidet damit, dass die Effizienz der Wärmepumpe abfällt. In Mehrfamilienhäusern mit zentralem Trinkwasserspeicher, bei denen z. B. das Thema Trinkwasserhygiene eine große Relevanz hat, übernimmt der Kessel mitunter sogar im Sommer wie im Winter die Trinkwassererwärmung. Grund ist die benötigte hohe Vorlauftemperatur zur Warmwasserbereitung in Großanlagen. Hier ist der Brennwertkessel im Vorteil.
Konzeption der Heizlast
In einer Hybridanlage sollte das Brennwertgerät immer 100 % der Heizlast decken. Für die Wärmepumpe empfiehlt sich ein Leistungsanteil von ca. 30 bis 50 %. Der Vorteil einer solchen Konstellation ist, dass die Wärmepumpe die Grundlast trägt und das Brennwertgerät die Spitzenlast abdeckt. Wenn die Wärmepumpe nicht mehr effizient arbeiten kann, deckt der Kessel 100 % des Bedarfs. Wird zu einem späteren Zeitpunkt das Gebäude saniert, beziehungsweise reduziert sich der Wärmebedarf, sinkt die Heizlast und die Wärmepumpe kann einen noch größeren Teil der Heizarbeit leisten.
Regelung anhand des Bivalenzpunktes
Wie sieht bei einer solchen Kombination von Wärmeerzeugern das Regelungskonzept aus? Eine bewährte Variante ist der sogenannte bivalent-alternative Betrieb. Bis zum gewählten Bivalenzpunkt arbeitet die Wärmepumpe bei diesem Regelungskonzept alleine. Beim Erreichen des Bivalenzpunktes wird die Wärmepumpe abgeschaltet und das Brennwertgerät übernimmt die Heizarbeit.
Grundsätzlich ist es empfehlenswert, während der Planung eine Simulation des Anlagenbetriebs durchzuführen. Hersteller Brötje bietet hierfür ein Berechnungstool für Fachhandwerker an, das die Abstimmung der Komponenten und die Planung einer Hybridanlage erlaubt und so eine sichere und fachgerechte Auslegung ermöglicht. Dies verschafft dem Fachhandwerker Planungssicherheit und gibt dem Anlagenbetreiber eine Prognose des Energieverbrauchs.
Planung und Einbau in der Praxis
Bei der hydraulischen Verschaltung der Anlage ist unbedingt darauf zu achten, dass Wärmepumpe und Brennwertgerät nicht ungeregelt mit einem gemeinsamen Puffer oder Speicherwasser-Erwärmer arbeiten. Außerdem sind Temperaturzonen, Mindesttemperaturen (Trinkwasser Erwärmung) und die kleinen Temperaturspreizungen von 5 Kelvin zu beachten. Anschlussleitungen der Wärmepumpe müssen ausreichend groß dimensioniert sein und auch in Hybridanlagen muss Energie zum Abtauen der Außeneinheit bereitgestellt werden können.
Praxisbeispiel: Hybridheizung mit Wärmepumpe im Altbau
Die Eigentümerfamilie Martin Biedenbach und Sabrina Helmer-Biedenbach stand vor einer großen Herausforderung: Ihr Kasseler Zweifamilienhaus aus den 1930er-Jahren mit einer Gesamtwohnfläche von 180 m2 sollte saniert werden. Dabei sollte weder beim Wärmekomfort noch bei der Energieeffizienz Abstriche gemacht werden. Die Lösung: Ein Hybridsystem mit Wärmepumpe, Gas-Brennwertkessel und Photovoltaikanlage.
Die beiden Gasgeräte aus den 1990er-Jahren wurden gegen eine Hybridheizung mit einer Brötje-Wärmepumpe des Typs „BLW Mono-P 6 OH“ mit einem internen 40 l fassenden Pufferspeicher sowie einen wandhängenden Gas-Brennwertkessel „WGB EVO 15 i“ getauscht. Als Warmwasserspeicher wurde ein 200 l fassender „EAS 200“ gewählt.
Bei der Wärmepumpe handelt es sich um eine invertergeregelte Luft-/Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Bauart mit einer Heizleistung von 6 kW. Sie ist für Heiz- und Kühlbetrieb geeignet. Der integrierte Pufferspeicher übernimmt die Funktion einer hydraulischen Weiche. Die Umschaltung auf den Gas-Brennwertkessel als zweiten Wärmeerzeuger erfolgt automatisch und abhängig von den jeweiligen Heizlast-Parametern sowie von den Energiepreisen für Gas und Strom.
Der Gas-Brennwertkessel verfügt über einen Modulationsbereich von 2,9 bis 15 kW. Die selbstkalibrierende Verbrennungsregelung „EVO“ ermöglicht den Einsatz mit allen drei Gasarten (E, LL und Flüssiggas).
Wärmepumpe und Warmwasserbereitung werden bevorzugt mit dem Strom der hauseigenen 9,9-kWp-Photovoltaikanlage betrieben.
Die geeignete Hydraulik ist entscheidend für die optimale Verteilung der Anteile der jeweiligen Wärmeerzeuger am Heiz- und Warmwasserbedarf. Hier gibt es je nach Gebäudesituation unterschiedliche Konstellationen, die immer auf den Einzelfall gemünzt sind. Bei nicht passender hydraulischer Verschaltung und mangelhaft eingestellter Regelung sind Fehler vorprogrammiert. Dazu zählen, dass gegebenenfalls die Wärmepumpe nicht effizient arbeitet, die Aufgabenverteilung/Anteile der jeweiligen Wärmeerzeuger ungünstig ist (z. B. arbeitet die Wärmepumpe oder der Kessel zu viel) oder viel getaktet wird, was u. a. zu einem schlechten Teillastbetrieb führt.
Beispielhafte Ergebnisse sind überzeugend
Die optimale Auslegung der Anlage und ihre Verschaltung nehmen damit zentralen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des ganzen Systems. Wirtschaftlichkeitsberechnungen stellen heute allerdings eine Herausforderung dar, da sowohl die Energiepreise als auch die Investitionskosten für Wärmepumpen und Hybridanlagen sehr volatil sind. Außerdem muss der Gebäudezustand berücksichtigt werden. Faktoren, die auf die Berechnung Einfluss nehmen, sind Energiepreise, Installationskosten, Materialkosten, die Gebäudeheizlast, der Gebäudezustand, Sanierungsplanungen (z. B. Dämmung) und natürlich das Nutzerverhalten.
Beispielhafte Berechnungsergebnisse per Simulation zeigen aber: Über die Kombination aus Wärmepumpe und Brennwertkessel zum Hybrid können für die Wärmepumpe Deckungsanteile von deutlich über 80 % erzielt werden. Das liegt weit über den gesetzgeberisch vorgesehenen 65 % Erneuerbare-Energien-Anteil im neuen GEG. Gas- und Öl-Brennwertkessel gehören also noch lange nicht zum „alten Eisen“. Sie stellen vielmehr eine sinnvolle Synergie-Option für Hybrid-Kombinationen mit Wärmepumpe dar, in der sich die Komponenten technisch tatsächlich hervorragend ergänzen. Dabei sind sie nicht auf den Bestandsbau beschränkt: Flexible Lösungen gibt es auch für den Neubau.
Autor: Heiko Gilster, Produktmanager bei der August Brötje GmbH
Bilder: August Brötje GmbH
