Wie wird eigentlich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe geplant?
Die Entwicklung der Wärmepumpe wird (nicht nur im Neubau) in den kommenden Jahren immer mehr an Fahrt gewinnen. Das hat mehrere Gründe:
- Die Politik nutzt gezielt einen Mix aus Verordnungen, Gesetzen und Förderbedingungen, um erneuerbare statt fossile Energieträger zu forcieren. Um diese Ziele konsequent zu verfolgen, hat z. B. Vaillant beschlossen, Aktivitäten rund um Wärmepumpen und erneuerbare Energien in einer eigenen Geschäftseinheit „Wärmepumpen und Erneuerbare Energien“ zu konzentrieren und aus dieser Geschäftseinheit zu steuern.
- Die Endkunden wollen sich zunehmend von den Versorgern unabhängiger machen und bevorzugen Systemkombinationen zur Wärme- und Stromversorgung, die dies ermöglichen.
- Die Wärmepumpe ist mittlerweile beim Haus- und Wohnungseigentümer „angekommen“. Ihre Technologie ist bekannt und ihr wird vertraut.
- Die Wärmepumpentechnologie hat in den letzten Jahren einen deutlichen Schritt nach vorne gemacht. Leistungsfähiger, effizienter, vielseitiger, geräuschärmer – so stellen sich Wärmepumpenlösungen heute als individuelle Lösungskonzepte dar.
- Die großen Heiztechnikhersteller setzen sowohl in Forschung und Entwicklung als auch Produktion auf die Wärmepumpe. Vaillant investiert derzeit z. B. alleine 54 Millionen Euro in ein Forschungszentrum ausschließlich für die Weiterentwicklung der Wärmepumpentechnologie.
So effizient die Wärmepumpentechnologie ist, so empfindlich reagiert sie auch auf Fehler. Praxisuntersuchungen, wie die des Fraunhofer ISE, zeigen regelmäßig, dass Wärmepumpen nur dann effizient und umweltschonend arbeiten, wenn sie fachgerecht geplant und montiert werden.
Ist das Gebäude geeignet
Zu Beginn steht die Frage an: Eignet sich das Gebäude überhaupt für den Einsatz einer Wärmepumpe? Handelt es sich um einen Neubau, kann diese Frage aufgrund der rechtlichen Rahmenbedingungen u. a. in puncto Jahresprimärenergiebedarf durchweg bejaht werden.
Dreht es sich allerdings um einen Altbau, steht zunächst eine Prüfung der tatsächlich benötigten Vorlauftemperatur an, da meist ältere Heizköper installiert sind. Hier sollte das bereits bestehende Heizsystem keinesfalls als Beurteilungsmaßstab herangezogen werden.
Der Grund: Zum Zeitpunkt der – wahrscheinlichen – Erstellung der Heizanlage vor ca. 20 bis 30 Jahren wurde gerne mit einem erheblichen Sicherheitspuffer gearbeitet. Das gilt sowohl für die Heizleistung als auch für die eingestellte Vorlauftemperatur. Zudem kann es sein, dass in jüngster Vergangenheit energetische Sanierungsmaßnahmen durchgeführt wurden (z. B. Fenstererneuerung).
Heizlast berechnen
Deshalb führt kein Weg an einer detaillierten Berechnung der Heizlast des Gebäudes vorbei. Dazu muss der Wärmebedarf in jedem beheizten Raum des Gebäudes ermittelt werden. Werden parallel dazu die vorhandenen Heizkörper geprüft, lässt sich relativ rasch festlegen, ob diese auch mit einer geringeren Vorlauftemperatur bis maximal 55 °C noch die jeweils im Raum benötigte Wärme bereitstellen können.
Ist dies z. B. nur in wenigen Räumen nicht der Fall, können hier Heizkörpermodelle mit größerer Wärmeabgabe installiert werden. Denn die Auslegung bestehender Heizflächen basiert in der Regel auf den hohen Vorlauftemperaturen konventioneller Wärmeerzeuger, wodurch eine Leistungsprüfung unabdingbar ist.
Gleichfalls müssen die entsprechenden Volumenströme etc. aufgenommen werden. Dies lässt sich im Baubestand anhand der Rohrquerschnitte an den Heizflächen und anhand der oftmals offen verlegten Verteil- und Steigleitungen im Keller ermitteln. Tipp dazu: Diese Daten können ideal mit einer am Markt frei verfügbaren Software zum hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage aufgenommen und erfasst werden.
Die Heizlastberechnung wird dadurch direkt zur Grundlage für den späteren hydraulischen Abgleich. Darüber hinaus kann diese Arbeit nicht nur als Rechnungsposition eingesetzt werden, sondern wird gleichzeitig auch mit Bafa-Fördergeldern bezuschusst.
Kühllast beachten
Im nächsten Schritt ist ggf. die Kühllast des Gebäudes zu berechnen. Dabei ist in jedem Fall zu bedenken, dass Wärmepumpen auch bei aktiver Kühlfunktion nicht darauf ausgelegt werden können, ein Gebäude auf eine jederzeit frei definierbare Zieltemperatur zu kühlen.
Das heißt: Die Kühllast sollte niemals als Führungsgröße für die Auslegung einer Wärmepumpe herangezogen werden. Vielmehr ist sie ein „Nebenprodukt“ der eigentlichen Wärmepumpenfunktion. Soll eine Wärmepumpe gleichzeitig im Sommer auch zur Kühlung genutzt werden, ist in puncto Wärmeverteilung genau auf die möglichen Taupunkttemperaturen zu achten, um Taupunktunterschreitungen und damit die Kondensatbildung auszuschließen.
Die Kühlung des Gebäudes erfolgt entweder in Verbindung mit einer Fußbodenheizung oder idealerweise durch Gebläsekonvektoren. In beiden Fällen sorgt die Umkehrfunktion der Wärmepumpe für reduzierte Vorlauftemperaturen zur Gebäudekühlung, wohingegen die Kühlfunktion in Verbindung mit Heizkörpern ausgeschlossen wird (Tauwasserbildung).
Warmwasserbedarf ermitteln
Ein ganz wesentlicher Planungsschritt schließt sich mit der Ermittlung des Warmwasserbedarfs an. Die Norm DIN 4708 „Zentrale Wassererwärmungsanlagen“ bietet die beste Grundlage zur einheitlichen Ermittlung des Warmwasserbedarfs für zentrale Anlagentechnik.
Darüber hinaus ist die DIN EN 15 450 „Planung von Heizungsanlagen mit Wärmepumpen“ zu beachten. Die Bedingungen für die hygienische Trinkwassererwärmung und -speicherung gelten auch in der Verbindung mit Warmwasserspeichern für Luft-Wasser-Wärmepumpen und müssen in die Planungen einbezogen werden. Weil die benötigten hohen Temperaturen im Warmwasserbereich aber oftmals einen wesentlichen Teil der Wärmepumpenarbeit ausmachen, sind hier gänzlich andere Planungen erforderlich als beim Einsatz eines Gasbrennwertgerätes.
Genau deswegen ist auch die bekannte Leistungskennzahl NL des Speichers kein Thema in der Auslegung von Wärmepumpenanlagen. Vielmehr wird ein Zapfprofil nach DIN EN 15 450 zugrunde gelegt, das am ehesten den Anforderungen entspricht.
Dafür ist der maximale Tagesbedarf an Warmwasser genauso zu ermitteln wie der eventuelle Spitzenbedarf und die zu erwartenden Verluste sowie die zur Verfügung stehende Heizleistung zum Nachheizen des Warmwasserspeichers, um die geltenden Vorschriften hinsichtlich der TWVO und des Schutzes vor Legionellen zu gewährleisten.
Ist der Warmwasserbedarf korrekt geplant worden, kann die Wärmepumpe das idealerweise im Nachtbetrieb besonders wirtschaftlich umsetzen, wenn ohnehin eine geringere Heizleistung benötigt wird. Darüber hinaus sind elektrische Nachheizer Bestandteil jeder Wärmepumpenanlage.
Ihr Einsatz ist jedoch im Vergleich zu einer Wärmepumpe eher unwirtschaftlich. Sie sollten deswegen nur für die Bereitstellung von Spitzentemperaturen – z. B. für den Legionellenschutz – oder an den wenigen besonders kalten Tagen verwendet werden, wenn die eigentliche Leistung der Wärmepumpe nicht ausreicht.
Warmwasserbedarf in der Praxis
Wichtiger Tipp aus der Praxis: Keinesfalls sollte einfach die Anzahl der Hausbewohner mit dem durchschnittlichen Warmwasserbedarf multipliziert werden. Vielmehr ist abseits jeder Normung die menschliche Individualität das Maß aller Dinge. Sprich: Gerade in puncto Warmwasserverbrauch klaffen die Ansprüche und Verbrauchsgewohnheiten so weit auseinander wie in kaum einem anderen Bereich.
Denn wäscht sich die eine Familie auch mit kaltem Wasser die Hände, besteht die andere für die drei Kinder auf einem täglichen Wannenbad – das dann eventuell direkt nacheinander stattfinden soll. Nicht nur aus diesen Gründen ist das persönliche Gespräch mit dem Kunden rund um die Warmwasserbereitung, inklusive Komfort-Vorstellungen, unverzichtbar. Sonst sind Beschwerden programmiert; vor allem, wenn der Kunde bereits Erfahrungen mit einer Warmwasserbereitung in Verbindung mit einem Öl- oder Gasbrennwertgerät gemacht hat.
Wärmequelle Luft planen
Im nächsten Schritt ist die Wärmequelle Luft zu planen. Die Erschließung ist vergleichsweise einfach und kostengünstig. Allerdings ist bei einer Sole- oder Kältemittel-Split-Wärmepumpe die Aufstellung der Außeneinheit zu prüfen und zu planen – insbesondere mit Blick auf die Schallentwicklung. Die gesetzliche Grundlage stellt die TA Lärm dar, wobei in besonderen Fällen der Nachweis einer Schallberechnung zu erbringen ist.
Zwar wurden Wärmepumpen großer Hersteller, wie z. B. die Serien Arotherm oder Flexotherm von Vaillant, in ihrer Geräuschentwicklung inzwischen meist auf ein technisches Minimum reduziert. Dennoch sollte gerade bei dichter Bebauung auf die Eigenschaften der Schallausbreitung und -verstärkung besonders geachtet werden. Es ist deshalb unabdingbar, dass der planende und ausführende Fachhandwerker sich die Grundlagen zu Schallemissionen aneignet und Herstellertools, wie z. B. Plansoft von Vaillant, zur Auslegung nutzt.
In der Praxis sollten aber darüber hinausgehend auch psychologische Faktoren bei der Aufstellung des Außengerätes berücksichtigt werden. So wirkt ein Außengerät für die Nachbarn alleine schon dadurch „lauter“, weil es deutlich sichtbar platziert wird. Aber auch auf typische Schalltrichter-Situationen sowie auf hervorstechende tief- oder hochfrequente Schallemissionen sollte geachtet werden. So sind z. B. die Installationen direkt zwischen eng stehenden Mauern zu vermeiden.
Dieser Artikel von Martin Schellhorn ist zuerst erschienen in SBZ Ausgabe: 09-2018.
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