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Fachbeitrag: Wärmepumpen in der Gebäudemodernisierung - wirtschaftlich auch mit Radiatoren

(6.1.2014) Für viele mehrgeschossige Wohnungsbauten aus der Zeit des Wiederaufbaus stehen in den nächsten Jahren umfassende Modernsierungen an. Wärmepumpen ermöglichen auch für diese Gebäude eine kostensparende und umweltscho­nende Beheizung, selbst wenn auf Fußbodenheizungen ver­zichtet werden muss.

Wärmepumpen sind eine technisch elegante und wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit, regenerierbare und kostenlose Umwelt­energie als Heizenergie zu gewinnen. Für Neubauten mit ihren hohen Standards der Wärmedämmung und die dort häufig ver­wendeten Fußbodenheizungen sind die Vorteile von Wärme­pumpen allgemein anerkannt und vielfach in der Praxis bewie­sen: Die Bewohner profitieren unmittelbar von niedrigen Heiz­kosten, der Bauherr bzw. Vermieter erhöht die Rentabilität sei­ner Investition, weil er moderne Wohnungen mit zeitgemäßer Energieeffizienz anbieten kann und dadurch seine Vermietungs- bzw. Verkaufschancen verbessert. Er erfüllt au­ßerdem die Vorgaben der Energieeinsparverordnung EnEV bezüglich des Einsatzes er­neuerbarer Energien und wird seiner Verantwortung für die Umwelt und die politisch geforderte Energiewende gerecht.

Wärmepumpen für Bestandsbauten

Die eigentliche Herausforderung dieser Energiewende bei der Gebäudeheizung liegt aber weniger im Neubau als in der Modernisierung des Wohnungsbestandes. Zumal sich viele Wohnungsbaugesellschaften wegen der demografischen Entwicklungen ab­seits der Boomregionen nur in geringem Umfang mit Wohnungsneubau beschäftigen, sondern viel stärker mit der energetischen Ertüchtigung ihres Bestands. Speziell die mehrgeschossigen Wohnblöcke aus der Wiederaufbauzeit bis in die 1960er Jahre ent­sprechen nicht mehr heutigen Ansprüchen an den Wohnkomfort und lassen sich im­mer schwerer vermieten. Für viele dieser Gebäude steht in den nächsten Jahren eine grundsätzliche Modernisierung an, bei der dann auch die Frage der künftigen Behei­zung zu klären ist.

Mit den heutigen technischen Möglichkeiten ist es theoretisch möglich, solche Be­standsbauten energetisch auf (nahezu) Neubauniveau zu verbessern und dann Wär­mepumpen in Kombination mit neu eingebauten Fußbodenheizungen zu betreiben. Dies erfordert in der Regel eine Totalentkernung, die durchaus Vorteile für den Bauablauf oder den Neuzuschnitt der oft sehr kleinen Wohnungsgrundrisse hat. Trotzdem sind solche durchgreifenden Maßnahmen nicht in jedem Fall möglich bzw. nicht immer wirt­schaftlich. Eventuell sprengen Fußbodenheizungen den vertretbaren Kostenrahmen oder sie lassen sich überhaupt nicht einbauen, weil - gerade in den knapp bemesse­nen Nachkriegsbauten - die vorhandene Raumhöhe einen weiteren Aufbau nicht zu­lässt.

Dann stellt sich die Frage, ob auch unter Beibehaltung der alten Heizkörper oder ggf. mit erneuerten Radiatoren ein Wechsel von der früheren Ölheizung auf umweltscho­nende Wärmepumpen wirtschaftlich darstellbar ist. Um die Antwort hier vorwegzuneh­men: Dies kann funktionieren, weil durch die technische Weiterentwicklung, Lösungen für die Beheizung von Bestandsbauten mit Radiatoren zur Verfügung stehen. Aller­dings sind im planerischen Herangehen einige Besonderheiten gegenüber der typischen Neubausituation zu beachten, wobei die erforderliche Vorlauftem­peratur für die ausreichende Raumerwärmung den Dreh- und Angelpunkt dar­stellt.

Gesenkten Wärmebedarf neu ermitteln

Unabdingbare Voraussetzung für den effizienten Betrieb von Wärmepumpen in Altbau­ten ist die verbesserte Wärmedämmung. Die Dämmung der Fassaden, der obersten Geschossdecke sowie der Kellerdecke gehören allerdings ohnehin zu jeder wirtschaft­lich orientierten energetischen Modernisierung, weshalb sie bei Kalkulatoren auch als „Sowieso-Kosten“ bezeichnet werden. Dies gilt ebenso für die zu modernisierenden Fenster. Weitere energiesparende Maßnahmen wie der Einsatz von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung sollten geprüft werden.

Doch unabhängig davon, wie und in welchem Maß das Gebäude energetisch verbessert wird, es hat gegenüber seinem frühe­ren Zustand in jedem Fall einen reduzierten Wärmebedarf, der neu zu ermitteln ist. Aus dem raumweisen Wärmebedarf kann die erforderliche Heizleistung der Heizkörper in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur bestimmt werden.

Optimale Radiatoren verwenden

Liegt die benötigte Vorlauftemperatur unter 55°C sind in der Regel keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich. Es stehen verschiedene Niedertemperatur-Wärmepumpen, im Dimplex-Sortiment insbesondere die Hocheffizienz-Wärmepumpe der LA-TU-Baureihe, zur Verfügung, die in diesem Bereich wirt­schaftlich eingesetzt werden können und zusätzlich förderfä­hig sind. Mit Mittel- oder Hochtemperatur-Wärmepumpen lassen sich heute sogar Vor­lauftemperaturen von 65 bzw. 70°C erreichen, so dass auch höhere Wärmeleistungen der Radiatoren abgedeckt werden können, im Dimplex-Sortiment zum Beispiel die So­le/Wasser-Wärmepumpe SIH 40TE.

Grundsätzlich gilt jedoch für Wärmepumpen-Heizungsanlagen: Jedes Grad Absen­kung bei der Vorlauftemperatur bringt etwa 2,5% Einsparung im Energiever­brauch. Ehe man eine Mittel- oder Hochtemperatur-Wärmepumpe plant, sollten da­rum Optimierungen bei den Heizkörpern ins Auge gefasst werden.

So benötigen die früheren Gussradiatoren deutlich höhere Vorlauftemperaturen als modernere Heizkörper aus Stahl. Liegt die benötigte Vorlauftemperatur nur in einigen Räumen über 55°C, lassen sich eventuell die Heizkörper in den betroffenen Räumen austauschen, um den Einsatz einer Niedertemperatur-Wärmepumpe zu ermöglichen. Stahlradiatoren dürften auch zum Einsatz kommen, wenn die Heizkörper im Rahmen einer Generalsanierung ohnehin komplett erneuert werden. Dann lässt sich die Heiz­leistung über deren Bauhöhe und die Anzahl ihrer Glieder steuern, sodass geringere Vorlauftemperaturen möglich werden.

Noch einmal deutlich energieeffizienter ermöglichen Gebläsekonvektoren bei gleicher Baugröße deutlich niedrigere Vorlauftemperaturen als herkömmliche Heizkörper aus Stahl. Sie stellen eine wirtschaftliche Alternative zur Flächenheizung dar und sind speziell für umfassende Gebäudemodernisierungen mit ohnehin erforderlichem voll­ständigem Radiatorentausch empfehlenswert.


Bild aus dem Beitrag „SmartRad Gebläsekonvektor mit hoher Heiz- und Kühlleistung neu von Dimplex“ vom 4.4.2014 (Bild vergrößern)

Gebläsekonvektoren sehen in der Form klassischen Radiatoren ähnlich, verteilen die Wärme aber aktiv mit Hilfe eines Gebläses im Raum. Das bietet bei gleicher Wärmeab­gabe den doppelten Vorteil kleinerer Heizkörper und geringerer Vorlauftemperaturen, die im Bereich von 30 bis 35 °C liegen können.

Zentrale oder dezentrale Warmwasserbereitung

Vorlauftemperaturen von 55 oder gar 30°C klingen für viele Gebäudebetreiber zu­nächst utopisch, wenn sie ihre alten Ölheizungen betrachten, die Heizwasser mit 70 oder 80°C zur Verfügung stellen müssen. Diese hohen Temperaturen sind zum einen dem hohen Heizwärmebedarf der ungedämmten Altbauten geschuldet, zum anderen aber auch der Warmwasserbereitung.

Zum Schutz gegen das Wachstum gesundheitsgefährdender Legionellen müssen Trink­wasser-Erwärmungsanlagen laut DVGW-Arbeitsblatt W 551 (Fassung von 2004) eine Speicheraustrittstemperatur von mindestens 60 °C sicherstellen. Diese Forderung ist aus hygienischer Sicht vernünftig und notwendig, energetisch allerdings eine Heraus­forderung für alle Niedertemperatur-Heizungen. Es kann deshalb sinnvoll sein, die Wassererwärmung von der Gebäudeheizung abzukoppeln und stattdessen dezentral zu organisieren, etwa mit Wandspeichern oder Durchlauferhitzern in den einzelnen Wohnungen.


  

Noch Erfolg versprechender für eine energieeffiziente Warm­wasserbereitung könnte die Kombination der kostengünstigen und erneuerbaren Energie aus einer Wärmepumpe mit dezen­tralen Maßnahmen sein - etwa indem für jede Wohneinheit im Mehrfamilienhaus eine eigene Lüftungs-Abluft-Wärmepumpe installiert wird (Bild rechts). Diese nutzt die Wärme in der Ab­luft aus Küche, Bad und WC, um das Brauchwasser für die je­weilige Wohnung auf 60°C zu erwärmen. Als praktischer „Ne­beneffekt“ werden angeschlossene Räume be- und entlüftet. Bei höherem Warmwasserbedarf kann der serienmäßig inte­grierte Heizstab zugeschaltet werden. Aber auch einfache Durchlauferhitzer in den Wohnräumen sind möglich. In jedem Fall hat der Mieter bei dezentraler Warmwasserbereitung die Kosten in der eigenen Hand.

Wärmequelle und Zusatzheizung wählen

Bei bestehenden Häusern in einem baulich und gärtnerisch gestalteten Umfeld dürfte es nur selten möglich sein, einen Erdwärmekollektor, eine Erdwärmesonde oder Brun­nenanlage zu errichten. Angesichts der zumeist sehr offenen Bebauung in Wohnsied­lungen der 60er-Jahre können Erdwärmesonden aber immerhin geprüft werden, die dann den Einsatz von Sole/Wasser-Wärmepumpen ermöglichen.

Meistens bleibt als einzige mögliche Wärmequelle in der Gebäudemodernisierung die Außenluft. Sie steht überall zur Verfügung und kann ohne Genehmigung immer genutzt werden. Die zu erwartenden Jahresarbeitszahlen sind geringer als bei Wasser- und Erdreichanlagen, dafür sind der Aufwand für die Erschließung der Wärmequellenanlage und die Gerätekosten niedriger.

Luft/Wasser-Wärmepumpen werden überwiegend als monoenergetische Anlagen er­richtet. Die Wärmepumpe kann bei entsprechender Modellauswahl und Anlagenkonfigu­ration den Wärmebedarf bis ca. -5°C Außentemperatur vollständig decken. Bei tiefen Temperaturen und hohem Wärmebedarf wird automatisch ein zweiter Wärmeerzeuger zugeschaltet, der bei monoenergetischen Anlagen durch einen elektrischen Heizstab im Pufferspeicher zur Verfügung gestellt wird. Im Sanierungsfall lässt sich eventuell aber auch der vorhandene Öl- oder Gaskessel zum Decken der Spitzenlast im tiefen Winter weiter betreiben. Denn in Deutschland sinkt die Außentemperatur nur an we­nigen Tagen im Jahr unter -5°C, so dass der Anteil der Zusatzheizung unter 5% der Jahresheizarbeit liegt, was die Weiterverwendung des vielleicht nicht sehr energie­effizienten, aber noch funktionsfähigen alten Ölkessels wirtschaftlich durchaus inte­ressant machen kann.


hydraulisches Einbindungsschema einer bivalenten Anlage (Grafik vergrößern)

Bei Bedarf schaltet der Wärmepumpenmanager den Ölkessel automatisch als zweiten Wärmeerzeuger zu und regelt über ein Mischermodul die benötigte Vorlauftemperatur dieser bivalenten Anlage. Sie ist gemäß BimSchV §15 sogar von der jährlichen Mes­sung durch den Schornsteinfeger befreit. Als weitere Möglichkeit könnte man hier  auch noch Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung und/oder Heizungsunterstüt­zung mit einbinden und hätte dann ein bivalent regeneratives System.

Wirtschaftlichkeit optimieren

Luft/Wasser-Wärmepumpen gibt es für die Innen- und Außenaufstellung, so dass nicht unbedingt zusätzlicher Platz im Gebäude benötigt wird. Vorab zu planen sind le­diglich die Positionen für den Pufferspeicher sowie den Drehstromanschluss und den separaten Zähler für die Wärmepumpe. Bei Einhaltung der Sperrzeiten und eigenem, vom sonstigen Haushaltstrom unabhängigem Zähler wird nur der Arbeitspreis ohne Leistungspreisanteil verrechnet.

Sowohl die Investitionskosten als auch die späteren Betriebskosten unterliegen gera­de beim Bauen im Bestand einer Vielzahl von Einflussfaktoren, so dass generelle Aus­sagen zur Rentabilität nicht getroffen werden können. Nutzt der Vermieter jedoch die hier beschriebenen Optimierungsvarianten, dann ist ein wirtschaftlicher Betrieb moder­ner Wärmepumpen in vielen Fällen auch in Bestandsgebäuden und auch mit den vor­handenen oder erneuerten Radiatoren problemlos möglich.

Weitere Informationen zu Wärmepumpen in der Sanierung können per E-Mail an Dimplex angefordert werden.

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