Schritt für Schritt: Planung und Auswahl einer Luft/Wasser-Wärmepumpe
Mit 66.500 Geräten erreichte der Absatz von Heizungswärmepumpen im Jahr 2016 einen neuen Spitzenwert in Deutschland. Am häufigsten wurden Luft/Wasser-Modelle ausgewählt, deren Marktanteil der Bundesverband Wärmepumpe mit knapp 69% bezifferte.
Aus diesem Grund wird für den folgenden Beitrag Luft als Wärmequelle angenommen werden. Und als Bauweise kommt die Split-Aufstellung, bestehend aus einer Innen- und einer Außeneinheit, zum Tragen.
Schritt 1: Prüfen, ob das Objekt geeignet ist
Bei der Frage nach der Eignung des Objektes wird vielfach immer noch nach Neubau und Baubestand ein- bzw. aussortiert, ob der Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe wirtschaftlich ist oder nicht. Natürlich ermöglicht eine gute Dämmung im Neubau eine höhere Effizienz und damit geringere Heizkosten. In erster Linie relevant ist aber die Höhe der benötigten Vorlauftemperatur in Bezug auf das bestehende Wärmeverteilnetz. Denn auch im Baubestand mit Radiatoren-Heizkörpern ist es möglich Vorlauftemperaturen einzusetzen, die für Wärmepumpen geeignet sind.
In der Regel wurden die Heizkörper früher deutlich überdimensioniert. Deswegen ist es auch möglich, dass bei einer geringeren Vorlauftemperatur noch genügend Wärme abgestrahlt werden kann. Als Faustregel für den wirtschaftlichen Einsatz einer Wärmepumpe gilt nach wie vor eine maximale Vorlauftemperatur von 55 °C. Sollte in einzelnen Räumen die Heizleistung des vorhandenen Heizkörpers hierfür nicht ausreichen, können punktuell neue Heizkörper ausgelegt und montiert werden.
Schritt 2: Norm-Heizlast des Gebäudes berechnen
Gleich nach der grundsätzlichen Eignung des Gebäudes sollte die Ermittlung der Norm-Heizlast des Gebäudes erfolgen. Hierfür gibt es verschiedene Verfahren. Empfehlenswert ist in jedem Fall die Anwendung der DIN EN 12831 „Regeln für die Berechnung des Wärmebedarfs von Gebäuden“. Diese ist Bestandteil von entsprechenden Auslegungsprogrammen am Markt.
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Schritt 3: Warmwasserbedarf ermitteln
Anschließend muss der Warmwasserbedarf der Nutzer ermittelt werden. Gerade hierbei ist entsprechende Sorgfalt von hoher Relevanz für die spätere Wirtschaftlichkeit der Anlage. Die Norm DIN 4708 „Zentrale Wassererwärmungsanlagen“ bietet die beste Grundlage zur einheitlichen Ermittlung des Warmwasserbedarfs für zentrale Anlagentechnik. Darüber hinaus ist die DIN EN 15450 „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.
Schritt 4: Festlegen, ob Zuschläge einzukalkulieren sind
Nächster Arbeitsschritt ist die Planung der Zuschläge. Grundsätzlich gilt oft: Je großzügiger die Wärmequellenanlage dimensioniert wird, desto wirtschaftlicher wird ihr Betrieb. Gleichzeitig besteht bei diesem Vorgehen jedoch das Risiko, das Wärmepumpensystem zu groß zu dimensionieren. Außerdem steht dies dem berechtigten Interesse des Nutzers entgegen, die Investitionskosten so gering wie möglich zu halten. Für gewöhnlich werden Zuschläge nur noch bei Sole-Wasser-Wärmepumpen veranschlagt, da die Wärmequellengröße unmittelbar von der benötigten Energie abhängt. Wird die Wärmepumpe durch den Versorger zu bestimmten Zeiten gesperrt, so ist jedoch zusätzlich eine Erhöhung der Heizleistung nach der Formel „Heizlast des Gebäudes x Zuschlagsfaktor EVU“ zu berechnen.
Schritt 5: Heizflächentemperatur festlegen
Im weiteren Schritt ist die genaue Heizflächentemperatur festzulegen. Dies sollte im Baubestand – wie zu Beginn angeführt – im Groben bereits vor Planungsbeginn erfolgen, um Sicherheit in der Eignung eines Wärmepumpensystems für das individuelle Objekt zu haben. Darüber hinaus sollten aktuelle Luft/Wasser-Wärmepumpen auch die Möglichkeit der aktiven Kühlung bieten. Bei einer dann gängigen Kühlung über den Fußboden kann ein besonders sanftes Temperierverhalten erzeugt werden. Die Grundkühlung über den Fußboden führt zu einem großflächigen milden Wärmeentzug und damit im Sommer zu einem angenehmen Klima. Die mögliche Kühlleistung ist dabei abhängig vom Verlegeabstand der Fußbodenheizungsrohre, der Überdeckung der Rohre mit Estrich und dem Material des Fußbodenbelages. Aktuelle Systeme mit einem Verlegeabstand von 10 cm sind für eine Bodenkühlung gut geeignet.
Schritt 6: Bivalente Betriebsweise gewünscht?
Soll die Luft/Wasser-Wärmepumpe bivalent betrieben werden, ist dann der entsprechende Bivalenzpunkt zu ermitteln und festzulegen. Hierzu eignen sich Softwarelösungen der Hersteller wie beispielsweise planSoft.
Schritt 7: Kriterien zur Effizienz von Wärmepumpen beachten?
Ein erster Blick auf die Effizienz von Wärmepumpen lässt sich relativ einfach werfen. Alle Wärmeerzeuger müssen mit Energieeffizienzlabeln ausgestattet sein. Für Wärmepumpen bedeutet dies eine entsprechende Auszeichnung zum einen in der Wärme- und zum anderen in der Warmwassererzeugung. Derzeit ist in puncto Warmwasserbereitung maximal das Energieeffizienzlabel A und in der Wärmeerzeugung maximal A++ möglich. Gerade hier lohnt jedoch ein genauerer Blick auf die tatsächlichen Werte, die der Hersteller in seinen Unterlagen angibt. Denn besonders effiziente Luft/Wasser-Wärmepumpen erfüllen bereits die Kriterien des in vier Jahren geltenden Energieeffizienzlabels A+++, das eine noch höhere Wirtschaftlichkeit fordert.
Ein weiteres Kriterium ist der Energietransport vom Außen- zum Innengerät. Um die hier einmal gewonnene Energie zielgerichtet der Nutzung zuzuführen, ist dabei besonders auf hohe Effizienz zu achten. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Medien für diesen Energietransport:
- Heizungswasser,
- Kältemittel
- und Sole.
Dabei ist die Zirkulation von Heizungswasser zwischen Innen- und Außengerät besonders kritisch zu bewerten. Das Heizungswasser wird außerhalb des Gebäudes bei niedrigen Temperaturen erwärmt und muss dann mit möglichst geringem Verlust in das Heizverteilsystem des Gebäudes geführt werden. Dafür ist nicht nur eine sehr gute Dämmung notwendig, sondern auch ein Graben außerhalb der frostgefährdeten Bereiche, in dem die Heizrohre verlegt werden. Besonders kritisch ist es, dass z. B. beim Stromausfall und Temperaturen unter 0 °C dennoch die Möglichkeit besteht, dass Leitungen bersten können. Wird hier Glykol zur Vorbeugung zugesetzt, sinkt automatisch die Effizienz der Anlage.
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen mit geteiltem Kältekreislauf besteht diese Gefahr zwar nicht mehr. Dennoch muss auch hier die im Außengerät erzeugte Wärme in das Gebäude transportiert werden. Auch dabei sind Leistungsverluste von durchschnittlich 3 bis 5 Prozent vorprogrammiert – je nachdem wie weit entfernt voneinander Außen- und Innengerät aufgestellt sind. Darüber hinaus benötigt der ausführende Fachhandwerker nicht nur den Sachkundenachweis zum Umgang mit Kältemitteln, sondern auch entsprechendes Spezialwerkzeug.
Sole eignet sich ebenfalls als Medium für den Energietransport. Die aus der Umwelt gewonnene Energie muss nicht auf einem hohen Temperaturniveau in das Gebäude geführt werden, sondern diese liegt immer unterhalb der Außentemperatur. Erst im Gebäude wird die Temperatur im eigentlichen Wärmepumpenprozess auf das gewünschte Temperaturniveau verdichtet. Solche Geräte können dabei aus physikalischen Gründen keine Energie auf dem Weg von außen nach innen verlieren. Deswegen müssen die Rohrleitungen nicht einmal gedämmt und können sogar oberirdisch verlegt werden. Der Kältemittelkreislauf ist gekapselt und es ist somit weder Sachkundenachweis noch Spezialwerkzeug für den ausführenden Fachhandwerker erforderlich.
Schritt 8: Schallentwicklung von Wärmepumpen berücksichtigen
Zweites Kriterium ist die Schallentwicklung. Auch hier gibt das Energieeffizienzlabel eine erste Auskunft. Darüber hinaus kann bei der Auswahl der Wärmepumpe auf wenige, einfache Kriterien geachtet werden. Je größer der Ventilator im Außengerät ist, desto geringer kann seine Rotationsgeschwindigkeit auch bei hohen Leistungsanforderungen sein. Sind die Ventilatoren dagegen relativ klein gehalten oder sind sogar zwei Ventilatoren vorhanden, ist die Schallquelle oftmals deutlicher zu hören.
Darüber hinaus sollte darauf geachtet werden, dass der Hersteller den Kältekreislauf – egal ob sich dieser im Außen- oder Innengerät befindet – so gekapselt hat, dass die Geräuschemissionen minimiert werden. Um die Körperschallübertragung zu reduzieren, helfen beispielsweise flexible Druckschläuche. Sollten Schallemissionen psychoakustisch optimiert werden. Denn bestimmte Frequenzen werden als besonders störend wahrgenommen – wie z. B. tiefe Brumm- oder schrille Pfeiftöne. Werden diese Frequenzen gezielt eliminiert, werden Geräusche als weniger störend empfunden.
Letztendlich gelten hier nicht nur die strengen Bedingungen der TA Lärm in Wohngebieten, sondern auch das persönliche Empfinden des Nachbarn, der sich beispielsweise bei besonders enger Bebauung in Reihenhaussiedlungen gestört fühlen kann.
Schritt 9: Geeignete Regelstrategie auswählen
Die einfache Regelung seiner Wärmepumpen-Anlage ist vor allem für den Nutzer interessant. Hier sollten direkt in der Planung wichtige Fakten zur bestehenden oder künftig geplanten technischen Gebäudeausrüstung abgefragt und berücksichtigt werden. In der Umsetzung bedeutet dies eine Hardwarelösung vor Ort, die ggf. auch weitere Anlagentechnik wie eine kontrollierte Wohnungslüftung steuern kann. Von der Softwareseite her ist eine App für die Fernkommunikation der Anlagentechnik sowohl vom Nutzer als auch dem betreuenden Fachhandwerks-Unternehmen her fast zu einem Muss geworden, die zahllose Abläufe rund um die Wärmepumpenanlage erleichtern kann.
Schritt 10: Bei der Produktauswahl auf die Montagebedingungen achten
Nicht zuletzt sollte die die einfache und flexible Installation sowie Einbringung der Wärmepumpe bereits in der Planung berücksichtigt werden. Enge, teils gewendelte Kellertreppen, kaum zugängliche Heizräume und fehlende Normtürmaße sind nur einige Beispiele für Herausforderungen im Alltag des Fachhandwerkers. Daher setzt sich beispielsweise das Wärmepumpenprogramm flexoTherm von Vaillant aus einer für alle Energiequellen einheitlichen Wärmepumpe und Modulen für die verschiedenen Wärmequellen zusammen. Damit sind Installation und Regelung für alle Wärmepumpen identisch. Es wird nur – je nach Energiequelle – ein anderes Außenmodul verwendet.
Genauso interessant ist das SplitMountingConcept. Es erlaubt bei Wärmepumpen mit integriertem Warmwasserspeicher die einfache und schnelle Trennung in zwei Module, die sich deutlich leichter einbringen lassen als eine gemeinsame Einheit.
Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in der Ausgabe 6/17 der Zeitschrift "Die Kälte & Klimatechnik". Der Autor Martin Schellhorn ist geschäftsführender Gesellschafter der TGA-Presseagentur Kommunikations-Management Schellhorn GmbH in Haltern am See.
