Mitsubishi Electric
Etwa 52 % aller Wohneinheiten in Deutschland befinden sich in Mehrfamilienhäusern. Beheizt werden sie überwiegend mit Wärmeerzeugern auf der Basis fossiler Energieträger. Dabei können schon mit einer Einzelmaßnahme im Sinne der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), beispielsweise dem Tausch von Anlagen zur Wärmeerzeugung, auch in Bestandsgebäuden erhebliche Energiekostenvorteile realisiert werden. Zwei Mehrfamilienhäuser im rheinland-pfälzischen Ochtendung zeigen beispielhaft eine erfolgreiche Umsetzung mit Luft/Wasser-Wärmepumpen und Eco-Konvektoren.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Mit zentralen Luft/Wasser-Wärmepumpen statt wohnungsweisen Gas-Etagenheizungen wurde für zwei kleinere Mehrfamilienhäuser die Heizungswende verwirklicht. Die Heizkosten wurden dabei halbiert.
■ Realisiert wurden zwei Doppel-Kaskaden. Die Kaskadierung von Wärmepumpen zur Leistungserhöhung bietet zahlreiche Vorteile, unter anderem ermöglicht sie einen monovalenten Betrieb, ohne im relevanten Teillastbetrieb auf einen modulierenden Betrieb bis dicht an die Heizgrenze verzichten zu müssen.
■ Bei der Heizungsmodernisierung wurden die vorhandenen Radiatoren durch spezielle Konvektor-Heizkörper, die Konvektions- und Strahlungswärme abgeben, ersetzt. Die Auslegungsvorlauftemperatur beträgt nun maximal 45 °C.
In der Wärme- und Energiewende spielen Wärmepumpen als Ersatz für Öl- und Gas-Heizungen eine zentrale Rolle. Dabei ist der Austausch des Wärmeerzeugers auch in Altbauten oftmals viel einfacher möglich als gedacht. Gerade in Mehrfamilienhäusern, die nicht umfassend energetisch modernisiert wurden, ist der Einsatz von Luft/Wasser-Wärmepumpen eine gute Option, um die Heizkosten mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand dauerhaft zu senken und die Mietattraktivität deutlich zu erhöhen. Das gilt insbesondere, wenn zusätzlich noch die alten Heizkörper gegen moderne Heiz-Konvektoren getauscht werden. Diesen Aspekt hat sich auch ein Eigentümer von zwei Dreifamilienhäusern im rheinland-pfälzischen Ochtendung zu Nutze gemacht und seine Mietobjekte kürzlich modernisieren lassen.
Die beiden Gebäude sind nahezu baugleich und wurden im Jahr 1989 nach den damals geltenden Anforderungen der Wärmeschutzverordnung und der Heizungsanlagenverordnung erbaut. Jedes Haus verfügt über drei Wohnungen. Jede Wohneinheit hat eine Wohnfläche von ungefähr 100 m2. Die Außenwände bestehen aus Porenbetonsteinen mit einer Stärke von 24 cm. Auch die Dachdämmung und die Fenster entsprechen noch den damaligen Standards.
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Die Wohnungen wurden bisher jeweils über Gas-Etagenheizungen mit Raumwärme versorgt. „Die Frage war, ob man auch ohne Fußbodenheizung eine Wärmepumpe einbauen kann, mit der die Gebäude effizient mit Wärme versorgt werden“, erklärt Torsten Hoidis, Geschäftsführer und Gründer der Kälteprofis aus Ochtendung.
WP-Kaskade als Zukunftslösung
Als Lösung hat Hoidis den Austausch der Gas-Etagenheizungen durch zentrale Luft/Wasser-Wärmepumpen als Kaskade sowie der Heizkörper durch moderne und energiesparende Konvektoren empfohlen: „Die gebäudetechnische Herausforderung bestand darin, eine zukunftsfähige Wärmeversorgung für die beiden Mehrfamilienhäuser zu entwickeln, die eine besonders wirtschaftliche Lösung zur Reduzierung der Heizkosten darstellt.“
Am Markt stehen hierfür unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, von denen jedoch keine so gut für diese Gebäude infrage kam, wie ein Wärmepumpensystem, das die Außenluft als Wärmequelle nutzt. Der unbestrittene Vorteil von Luft/Wasser-Wärmepumpen ist die einfache und kostengünstige – quasi zu 100 % werkseitig vorgefertigte – Erschließung der Wärmequelle.
Zum Einsatz sind vier kompakte Luft/Wasser-Wärmepumpen vom Typ Ecodan von Mitsubishi Electric gekommen. Sie wurden jeweils als Zweier-Kaskade pro Gebäude installiert. Jedes der Ecodan-Außengeräte verfügt über 10 kW Wärmeleistung. Damit decken die beiden Wärmepumpen-Kaskaden die Heizlast für das jeweilige Gebäude im monovalenten Betrieb komplett ab.
Die Kaskadierung bietet gegenüber einem Einzelgerät mit größerer Leistung mehrere Vorteile. Die Einheiten können zeitgleich im Teillastbetrieb arbeiten, wodurch sich ein sehr großer Modulationsbereich zwischen der minimalen Leistung des Einzelgerätes und der maximalen Leistung der Kaskade ergibt. Das ist wesentlich effizienter als der Betrieb nur einer Wärmepumpe, die ihre Leistung nur bis zur Modulationsgrenze exakt anpassen kann. Bei einer Kaskade gelingt dies bis dicht an die Heizgrenze ohne häufiges Takten. Außerdem bietet eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei Ausfall eines Einzelgeräts und somit eine höhere Verfügbarkeit.
Kein Heizstabbetrieb erforderlich
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Ein besonderes Merkmal der eingesetzten Heiztechnik ist die Verdichter-Technologie Zubadan. Sie ermöglicht es, den Kältemittelmassenstrom konstant zu halten. Dafür wird im Verdichtungsprozess ein Zwei-Phasen-Kältemittelgemisch auf den Verdichterkopf eingespritzt. Im Flash-Injection-Kreislauf des Zubadan-Verdichters kann so bei tiefen Außentemperaturen mit einer höheren Drehzahl gearbeitet und die Kältemittelmassenstrom im Wärmepumpen-System konstant gehalten werden.
Auf das Ergebnis vereinfacht: Die Wärmepumpen können auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen, von bis zu − 15 °C noch 100 % ihrer Nennheizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu − 28 °C Außentemperatur, bei dem die Wärmepumpen eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung stellen. Damit ist es möglich, Gebäude auch bei tiefen Außentemperaturen monovalent – also ausschließlich über die Wärmepumpenfunktion – mit Wärme zu versorgen. Ein elektrischer Heizstab oder ein weiterer Wärmeerzeuger ist im Regelbetrieb nicht erforderlich.
Jede Außeneinheit ist im Technikraum mit einem Hydromodul verbunden. Die Technikzentrale ist im Dachboden eines kleinen Nebengebäudes untergebracht, da die Häuser nicht unterkellert sind. Hier befindet sich für jede Anlage ein Pufferspeicher. Er wird zur hydraulischen Systemtrennung und zur Überbrückung von Sperrzeiten des Strom-Netzbetreibers im Gegenzug für ein verringertes Netzentgelt eingesetzt. Jede Wohneinheit verfügt über einen eigenen Wärmezähler, um die Heizkosten verbrauchsgerecht abzurechnen.
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Eco-Konvektoren ersetzen Heizkörper
Im Zuge der Heizungsmodernisierung wurden die alten Heizkörper durch Eco-Konvektoren vom Typ iLife-2 Slim ersetzt. Mitsubishi Electric hat sie für die Kombination mit Ecodan-Wärmepumpen-Systemen zur Optimierung des gesamten Heizsystems entwickelt. In den sechs Wohneinheiten konnte dabei das vorhandene Rohrnetz der ersetzten Radiatoren weitergenutzt werden.
Über eine detaillierte raumweise Heizlastberechnung wurden die Eco-Konvektoren für eine maximale Vorlauftemperatur von 45 °C bei einer Außentemperatur von − 10 °C ausgelegt. Die Eco-Konvektoren vereinen Konvektions- und Strahlungswärme in einem Gerät und lassen sich unauffällig in jedes Wohndesign einfügen. Sie können frei vor bodentiefen Fenstern oder wie klassische Radiatoren an der Wand montiert werden. Der flache Aufbau von 131 mm benötigt nicht mehr Platz als ein moderner Flachheizkörper. Lieferbar sind fünf kompakten Baugrößen mit einer Bauhöhe von 579 mm und Baulängen von 737 bis 1537 mm. Sie verfügen über einen integrierten Regler mit Touch-Display.
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Während konventionelle Gebläsekonvektoren Wärme nahezu ausschließlich per Konvektion in den Raum einbringen, nutzen Eco-Konvektoren zusätzlich auch die Vorteile von Strahlungswärme, um die Wärmeabgabe möglichst angenehm im Raum zu gestalten. Hierzu werden neben einem äußerst geräuscharmen Tangentiallüfter zwischen dem Wärmeübertrager und der Frontblende kompakte Mikrolüfter eingesetzt. Dadurch wird Wärmeenergie über die Frontblende als Strahlungswärme in den Raum abgegeben. Die Konvektionswärme wird dagegen über einen Ventilator direkt in den Raum verteilt.
Die Heizungswende mit Luft/Wasser-Wärmepumpen konnte mit niedrigen Investitionskosten, einfachen Mitteln und geringem Aufwand umgesetzt werden – ohne die vor 35 Jahren errichteten Gebäude einer teilweisen oder sogar umfassenden energetischen Modernisierung zu unterziehen.
Für den Eigentümer ergibt sich daraus der Vorteil, dass beide Gebäude durch die neuen effizienten Wärmeerzeuger im Wert gestiegen sind. Zudem entfällt seine Beteiligung an den CO2-Kosten. Die Mieter profitieren bei einem höheren Wärmekomfort von dauerhaft niedrigeren Energiekosten. Im ersten Jahr haben sich die Kosten für die Wärmebereitstellung gegenüber der Beheizung mit den Gas-Etagenheizungen im Durchschnitt halbiert. Auch die Mieter werden beim Heizen nicht mehr mit steigenden CO2-Preisen für fossile Brennstoffe konfrontiert.
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