Mit überzeugenden Argumenten

Zahlreiche Faktoren werden in den kommenden Jahren die Absatzchancen für Wärmepumpen deutlich erhöhen: Zunächst bewegen rein wirtschaftliche Argumente sowie geringe Betriebskosten viele Bauherren, in eine Wärmepumpe zu investieren. Zum anderen zwingen gesetzliche Rahmenbedingungen wie die Novellierung der Energieeinsparverordnung und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz eine effiziente Wärmeerzeugung einzusetzen und damit verbunden erneuerbare Energien zu nutzen. Daneben findet ein grundlegendes gesellschaftliches Umdenken statt, das klimafreundlichen Lösungen schon aus ethischen Gründen den Vorzug gibt. Die steigenden Absatzzahlen von Wärmepumpen belegen die Trends (Bild 1).

Das Angebot an Wärmepumpen ist vielfältig, sodass für jedes Haus und jede Haushaltsgröße leicht ein wirtschaftlich optimales Arrangement zusammengestellt werden kann. Aktuell befinden sich rund 150 verschiedene Anlagen und Kom­binationen zur Beheizung und Trinkwasser­erwärmung von Einfamilienhäusern auf dem Markt. Die häufigste Antriebsenergie ist elek­trischer Strom. Kompressionswärmepumpen mit Verbrennungsmotor als Antrieb und thermische angetriebene Adsorptions- und Absorptions­wärmepumpen haben bisher in Deutschland keine Marktrelevanz.

Wärmequellen

Die ideale Wärmequelle lässt sich nur aus der Projektperspektive definieren. Eine hohe Ausführungsqualität vorausgesetzt, ermöglichen Erdwärmesonden und -kollektoren hohe Jahresarbeitszahlen, können (bei den meisten Ausführungen) auch zur „Naturalkühlung“ genutzt werden. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten für die Quellenerschließung. Örtlich können geologische Verhältnisse und der Schutz des Grundwassers gegen Erdwärmesonden sprechen.

Grundwasser bietet wegen seiner nahezu konstanten Temperatur die beste energetische Ausbeute. Die Wirtschaftlichkeit hängt stark von der Grundwasserqualität ab. Instandsetzungen von Saug- und Schluckbrunnen sind kostspielig. Für die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle muss eine wasserrechtliche Erlaubnis durch die Untere Wasserbehörde eingeholt werden (in Wasserschutzzonen wird grundsätzlich keine Erlaubnis erteilt). Die notwendigen Voraussetzungen und Bedingungen grenzen die möglichen Einsatzbereiche stark ein, was sich in den stagnierenden Absatzzahlen der letzten Jahre widerspiegelt.

Außenluft als Wärmequelle hat praktisch keine Einsatzbeschränkungen und steht ohne nennenswerte bauliche Maßnahmen in „unerschöpflicher“ Menge zur Verfügung und ist sehr preisgünstig zu erschließen. Je mehr Luft umgewälzt wird, desto lauter sind jedoch die Strömungs- und Venti­latorgeräusche. Darum erfordert die Erschließung von Außenluft eine sorgsame Standortplanung ­sowie fundierte Kenntnisse über die Ausbreitung von Schall. Nachteilig ist der sinkende Energiegehalt der Außenluft bei steigender Heizlast für die Raumheizung, wodurch der Antriebsaufwand für den Kompressor wegen des großen Temperaturhubs steigt. Diesem Umstand muss man bei der Auslegung der Wärmepumpenanlage Rechnung tragen.

Nur 3 % mit dem Elektroheizstab

Wenngleich der „Elektroheizstab“ häufig verpönt ist, erlaubt er jedoch eine monoenergetische Betriebsweise, die eine Dimensionierung auf Basis der höchsten Systemeffizienz und nicht auf Basis der maximalen Heizlast ermöglicht. Sinkt die ­Außentemperatur unter den Auslegungs- bzw. ­Bivalenzpunkt, deckt der Elektroheizstab die zusätzliche Heizlast. Die Wärmepumpe sollte so ­ausgelegt werden, dass mindestens 80 % der Heizlast von ihr gedeckt wird. Mit diesem Anteil an der Heizlast ergibt sich bei sorgfältiger Planung und Einstellung des Systems ein typischer Anteil der Jahresheizarbeit von rund 3 %. Dafür kann die Wärmepumpe 20 % kleiner und damit auch ­günstiger und im Betrieb effizienter ausgelegt werden, wodurch die elektrische Zusatzheizung aus ökologischer und ökonomischer Sicht vertretbar ist.

Luft/Wasser-Systeme eignen sich wegen ihrer einfachen Erschließung der Wärmequelle auch im Rahmen von Sanierungs- und Erneuerungsmaßnahmen. Der Einbau dauert nicht länger als der Austausch eines herkömmlichen Wärmeerzeugers. Luft/Wasser-Wärmepumpen werden in verschiedenen Varianten angeboten, die sich je nach baulichen Gegebenheiten mehr oder weniger eignen: Systeme für die Innenaufstellung, Systeme für die Außenaufstellung und Systeme in Splitausführung. Bei Systemen für die Innenaufstellung steht die Wärmepumpe im Gebäudeinneren und wird außen- und fortluftseitig über schall- und schwitzwassergedämmte Kanäle mit Kondensatablauf angeschlossen. Die Ansaug- und Ausblasöffnung müssen vor Staub- und Laubeintritt geschützt werden und so weit voneinander entfernt sein, dass ein Kurzschluss sicher ausgeschlossen ist.

Um Systeme mit Außenaufstellung effizient zu betreiben, sind kurze Leitungswege zwischen Wärmepumpe und Gebäude entscheidend. Die Wärmepumpe benötigt ein Fundament, das auch bei längeren Kälteperioden die Ableitung von Kondensat gewährleistet. Bei der Wahl des Aufstellorts muss unbedingt die Geräuschentwicklung beachtet werden, insbesondere ein ausreichender Abstand zur Nachbarschaft. Zunehmender Beliebtheit erfreuen sich Systeme in Splitausführung mit unterschiedlichem Umfang der Wärmepumpentechnik in Innen- und Außeneinheit.

Planung, Auslegung, Kosten

Grundsätzlich gilt, je niedriger die Vorlauftemperatur, desto höher ist die Leistungszahl der Wärmepumpe. Systeme mit einer Auslegungsvorlauftemperatur von 35 °C bei einer Rücklauftemperatur von 25 °C haben sich als besonders wirtschaftlich erwiesen. Voraussetzung ist eine präzise Vorlauf- und Raumtemperaturregelung. Erfolgt auch die Trinkwassererwärmung über die Wärmepumpe, ist eine Trinkwassertemperatur von etwa 45 °C (mit regelmäßiger Aufheizung auf Desinfektionstemperatur) vorteilhaft, bei normalen Komfortansprüchen liegt der Warmwasserbedarf bei etwa 30…50 l_45°C/(Pers. d), was einer zusätzlichen Last von 0,1 bis 0,2 kW pro Person entspricht. Zudem empfiehlt es sich, die Wärmeübertragerfläche des Trinkwassererwärmers großzügig auszulegen. 0,3 m²/kW Ladeleistung gelten als das Minimum.

Auch der Stromtarif muss bei der Dimensionierung der Anlage beachtet werden. Denn in den meisten Versorgungsgebieten stehen Sondertarife für den Betrieb von Wärmepumpen an. Im Gegenzug für den günstigen Arbeitspreis sehen die Sondertarife vor, dass die Energieversorger zu Spitzenlastzeiten die Stromzufuhr unterbrechen können. Die Sperrzeiten können zwischen zwei und sechs Stunden täglich betragen. Mit einer etwas höher angesetzten Leistung lassen sich die Sperrzeiten überbrücken.

Empfehlenswert ist der Einbau eines Pufferspeichers (möglichst innerhalb der gedämmten Hülle), weil dadurch die Laufzeiten der Wärmepumpen auch bei geringer Leistungsanforderung verlängert werden. Es kommt zu weniger Starts und damit zu geringerem Verschleiß und geringerem Energieverbrauch. Zudem ist bei Luft/Wasser-Wärmepumpen ein Pufferspeicher immer dann notwendig, wenn der Verdampfer abgetaut werden muss. Als sinnvolle Pufferspeichergröße haben sich 20…30 l/kW Heizleistung herausgestellt.

Im Vergleich zu Erdgas- und Öl-Brennwertheizkesseln erfordern Wärmepumpenanlagen höhere Anfangsinvestitionen. Bei den jährlichen Vollkosten schneiden Wärmepumpen aber am besten ab (Bild 2). Das günstigste System ist mit den in Bild 3 dokumentierten Randbedingungen eine Luft/Wasser-Wärmepumpe.

Ausblick

In punkto Wirtschaftlichkeit und Effizienz steht Bauherren, Planern und Fachhandwerkern mit der Wärmepumpe eine echte Alternative zur konven­tionellen Heiztechnik zur Verfügung. Der Markt bietet vielfältige, ausgereifte technische Lösungen. Kompaktsysteme erlauben darüber hinaus die Integration von Wärmerückgewinnung, Solaranlagen und kontrollierter Wohnraumlüftung ohne großen zusätzlichen technischen Aufwand. Als Komfort-Plus bieten die meisten Geräte eine Kühlfunktion für heiße Sommertage.

Gemessen an den Umsatzzahlen hat sich die Nachfrage von 2005 bis 2008 mehr als verdreifacht. Vor allem Luft/Wasser-Systeme haben an dieser Absatzentwicklung entscheidenden Anteil. Eine Reihe von Vorteilen wie einfache Installation, kostengünstige Erschließung der Wärmequelle, kein Bewilligungsverfahren, keine Anforderung an Grundstücksgröße sowie eine Installation ohne Fremdgewerke werden diese Entwicklung auch weiterhin begünstigen. Aufgrund der niedrigen Investitionskosten kann die Luft/Wasser-Wärmepumpe als günstigstes System im Vollkostenvergleich punkten.

Dipl.-Ing., ist Leiterin Anwendungstechnik bei Westfa, Hagen, Telefon (0 18 01) 47 11 47, info@westfa.de, https://www.westfa.de/