Effizienter Wärmepumpenbetrieb mit Bestandsheizkörpern?
Für den Einsatz von Wärmepumpen in der Mehrwohnungshaus-Sanierung müssen einige Herausforderungen bewältigt werden, etwa ihre geringe Effizienz in Kombination mit vorhandenen Heizkörpern.
Der Umstieg auf Wärmepumpen in Mehrwohnungshäusern kommt bislang nur langsam voran. Technische Hürden sind oft die hohen Vorlauftemperaturen (mit Effizienzverlusten), unzureichende Heizleistung, Probleme mit dem Schallschutz – besonders bei Luft-Wärmepumpen – und begrenzter Platz. In vielen Fällen führt dies dazu, dass weiterhin fossile Brennstoffe genutzt werden.
Optimale Betriebsbedingungen schaffen
Korrekte Dimensionierung
Für einen Umstieg auf Wärmepumpe im Mehrwohnungshausbestand sind vor allem eine sorgfältige Dimensionierung sowie die Anpassung an bestehende Wärmeabgabesysteme entscheidend. Eine überdimensionierte Wärmepumpe taktet häufig und verliert dadurch an Effizienz. Dies betrifft auch modulierende Modelle, deren Mindestleistung in der Übergangszeit oft zu hoch ist. Eine bedarfsgerechte Dimensionierung der Wärmepumpe trägt daher wesentlich zur Steigerung der Systemleistung bei.
Niedrige Vorlauftemperatur
Neue Wärmepumpen mit angepassten Kältemitteln können die Effizienz bei höheren Vorlauftemperaturen zwar verbessern, dennoch sinkt die Leistungszahl mit steigender Vorlauftemperatur drastisch. Auch wenn aktuelle Geräte Temperaturen von über 60 °C bereitstellen können, sollte das gesamte Haustechniksystem – sowohl für Heizung als auch für die Warmwasserbereitung – so ausgelegt und optimiert werden, dass möglichst niedrige Vorlauftemperaturen ausreichen.
Dimensionierung von Wärmepumpen: Heizwärmebedarf und Heizlastberechnung
Um eine Wärmepumpe passend zu dimensionieren, bedarf es einer möglichst genauen Abschätzung des Heizwärmebedarfs und der Heizlast.
- Der Heizwärmebedarf (HWB) ist die energetische Gesamtmenge (kWh) an Wärme, die ein Gebäude über eine gesamte Heizperiode (z. B. ein Jahr) benötigt.
- Die Heizlast gibt die maximale Leistung (kW) an, die ein Heizsystem liefern muss, um das Gebäude am kältesten normierten Wintertag auf Solltemperatur zu halten.
Für die Ermittlung des Heizwärmebedarfs und der Heizlast einzelner Räume gibt es verschiedene Verfahren. Das Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) hat sich dabei als verlässliches Werkzeug zur genauen Prognose des Heizwärmebedarfs bewährt, das auch die Berechnung der Heizlast ermöglicht. Im Unterschied zur Norm EN 12831-1 berücksichtigt die PHPP-Heizlastberechnung zusätzlich Wärmegewinne und zwei Wetterszenarien: einen kalten, sonnigen und einen mäßig kalten, bewölkten Tag. Untersuchungen zeigen, dass die PHPP-Ergebnisse (Heizwärmebedarf und Heizlast) gut mit dynamischen Simulationen übereinstimmen. Im Vergleich zur Norm EN 12831-1 liegt die PHPP-Heizlast im Schnitt etwa 40 % niedriger, da der Norm-Heizlast strengere Worst-Case-Randbedingungen zugrunde liegen.
Empfehlungen
- Dimensionierung des Wärmeabgabesystems nach raumweiser Heizlast auf Basis der Heizlastnorm EN 12831
- Dimensionierung der Wärmepumpe nach
- Heizleistung Wärmepumpe = Heizlast aus dynamischer Simulation oder PHPP inkl. notwendiger Leistung für die Warmwasserbereitung (abhängig von Warmwasserbedarf, Speicherkapazität und Betriebsmodus der Wärmepumpe)
- Heizwärme Wärmepumpe = Heizwärmebedarf aus dynamischer Simulation oder PHPP inkl. notwendigem Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung
Optionen für einen effizienten Betrieb
Die Effizienz einer Wärmepumpe und ihre Eignung in einem (teil-)sanierten Gebäude hängen in hohem Maße von der erforderlichen Vorlauftemperatur ab. Diese wird durch die Größe und Typologie der installierten Heizkörper sowie durch die Auslegungsheizlast bestimmt.
Für eine niedrige Vorlauftemperatur und damit einen effizienten Wärmepumpenbetrieb gibt es folgende Optionen:
- stark überdimensionierte Bestandsheizkörper
- moderate thermische Sanierung mit Austausch der Bestandsheizkörper durch Niedertemperaturheizkörper
- umfassende thermische Sanierung
Eine Teilsanierung des Gebäudes führt zwar zu einer Verringerung des Heizwärmebedarfs und der Heizlast des gesamten Gebäudes, aber möglicherweise sinkt dadurch die Heizlast einzelner Räume nicht, die dann zum Engpass für die notwendige Vorlauftemperatur werden können. Durch den Heizkörpertausch oder zusätzliche Verbesserungsmaßnahmen an der Gebäudehülle in den kritischen Räumen kann die Vorlauftemperatur für das gesamte Gebäude gesenkt werden.
Eine hochwertige thermische Sanierung ermöglicht nicht nur einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe, sondern erhöht zugleich die Robustheit des gesamten Haustechniksystems gegenüber nicht optimalen Betriebsbedingungen.
