Wärmepumpen: Umstellung im Bestand
Stand: Mai 2023
Auf dem Weg zur Klimaneutralität sind Wärmepumpen auch bei Bestandsgebäuden ein zentraler Baustein. Sie sind technologisch ausgereift und können Heizungssysteme mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder Heizöl zuverlässig ersetzen. Dabei hängt die erwartete CO2-Einsparung von der Art der Stromerzeugung sowie der Effizienz der Wärmepumpe ab. Eine fachgerechte Konzeption, Planung, Installation und Inbetriebnahme sind für die Effizienz eines Heizsystems essenziell. Der Wärmebedarf eines Gebäudes ist dabei entscheidend für die zum Heizen benötigte Wärmemenge. Welche Strommenge für die Bereitstellung der Wärme erforderlich ist, hängt von der Effizienz der Wärmepumpenanlage ab. Die Effizienz ist wesentlich von der Wärmequellentemperatur und der Heizkreistemperatur (insb. Vorlauftemperatur) der Wärmeübergabesysteme im Gebäude abhängig.
Bei Neubauten mit hohen Dämmstandards und einer Wärmeübergabe durch Flächenheizungen mit geringen Vorlauftemperaturen sind sie bereits Standard sowie vielfach im Einsatz und können mit regenerativ erzeugtem Strom, z.B. über eine Photovoltaik-Anlage, kombiniert werden. Wie sieht es aber bei Bestandsgebäuden aus? Immerhin wurden etwa 75 Prozent aller Gebäude in Deutschland vor Einführung von Anforderungen an die Energieeffizienz gebaut und haben zum Teil einen noch vergleichsweise hohen Wärmebedarf (Quelle: UBA). Jede Maßnahme zur energetischen Ertüchtigung der Gebäudehülle und Optimierung der Wärmeversorgung senkt den Wärmebedarf und verbessert die Effizienz der Heizsysteme. Entscheidend für den Einsatz einer Wärmepumpe sind die richtige Bewertung der Vorlauftemperatur des bestehenden Heizsystems und Maßnahmen für eine mögliche Absenkung der Vorlauftemperatur. Oft ist die erforderliche Vorlauftemperatur geringer als erwartet. Das ergaben z.B. Auswertungen des Fraunhofer ISE von Messungen bestehender Wärmepumpenanlagen.
Durch folgende Maßnahmen kann die Vorlauftemperatur geprüft und gesenkt werden:
Weitere Faktoren beeinflussen die Effizienz, detaillierte Informationen zu den Einflussfaktoren können auf der Themenseite Effizienz von Wärmepumpen: Kennzahlen und Einflussfaktoren abgerufen werden.
Die Wärmepumpentechnologie wird kontinuierlich an neue Bedingungen angepasst und Innovationen ermöglichen Technologiesprünge. Die Komponentenentwicklung wie die Invertertechnologie mit stufenloser Leistungsanpassung des Verdichters und neue Kältemittel ermöglichen die Erhöhung der Effizienz und Einsatzbreite im Gebäudebestand. Ein Vergleich der Kennzahlen und technischen Spezifikation von Wärmepumpen am Markt lohnt sich.
Ausführliche Informationen zum Einsatz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden bietet die Blogbeitrag-Serie „Wärmepumpen im Bestand“ von Expertinnen und Experten des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.
Der Koordinator Wärmepumpen des ISE, Dr. Marek Miara, war auch Referent auf der 2. Netzwerktagung 2022 des Gebäudeforums und gewährte dort ausführlich Einblick in das Themenfeld zum Einsatz von Wärmepumpen in der Praxis. Das Video seines Vortrags kann nebenstehend abgespielt werden.
Hybridheizung mit Wärmepumpe
Hersteller bieten zunehmend Hybridgeräte an, in denen eine Wärmepumpe mit gas- oder ölbetriebenen Verbrennungsheizgeräten kombiniert ist. Dabei übernimmt die Wärmepumpe die Grundlast und wird durch den Verbrennungsanteil bei Spitzenlast und hohen Heiztemperaturen unterstützt. Für Ein- und Zweifamiliengebäude ist diese Technologie meistens nicht erforderlich, da neue Entwicklungen von Wärmepumpengeräten hohe Vorlauftemperaturen bis 75 °C erreichen können.
Auswahl der Wärmequelle nach Standortbedingungen
Der Einbau von Luft-Wasser-Wärmepumpen ist mit verhältnismäßig geringen baulichen Maßnahmen verbunden und kann schnell und kostengünstig realisiert werden (siehe Best-Practice-Beispiel Denkmalschutz und nachhaltige Sanierung). Dabei wird in der Regel ein kompakter Monoblock außerhalb des Gebäudes oder innerhalb oder falls dies nicht möglich ist, auf dem Dach aufgestellt. Es finden auch Split-Geräte Anwendung, bei denen eine Außeneinheit der Luft die Wärme entzieht und über Kältemittelleitungen an die Inneneinheit weiterleitet. Dazu sind Installationen an der Kältemittelleitung notwendig, für die eine besondere Qualifikation notwendig ist. Um Geräuschemissionen im Betrieb durch die Ventilatoren bei hoher Bebauungsdichte zu vermeiden, ist der Aufstellort sorgsam zu wählen. Auch eine Aufstellung im Gebäude selber mit entsprechender Zu- und Abluftführung kann die Geräuschemissionen reduzieren.
Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen zur Wärmegewinnung unterirdische Grundwasser-Reservoirs. Deren Temperaturen sind über das ganze Jahr hinweg weitgehend konstant und während der Heizperiode höher als die Außenluft. Sie bewirken eine hohe Effizienz. Für den Betrieb benötigt eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe zwei Brunnen. Über einen Saugbrunnen wird das Grundwasser entnommen, während ein Sickerbrunnen das genutzte, abgekühlte Wasser wieder in den Grundwasserleiter einbringt. Der Abstand beider Brunnen beträgt mindestens 15 m. Für die Nutzung des Grundwassers ist eine wasserrechtliche Erlaubnis erforderlich. Der Einbau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu Außenluft-Wärmepumpen mit höheren Erschließungs- und Anschaffungskosten verbunden. Die höhere Effizienz bewirkt hingegen einen geringeren Strombedarf und geringere Betriebskosten. Dabei ist auf ausreichende Grundwassermenge, -qualität und einen hohen Grundwasserspiegel zu achten.
Sole-Wasser-Wärmepumpen (Erdwärmepumpe) nutzen das Erdreich als Wärmequelle (siehe Best-Practice-Beispiel Einbau einer Sole-Wasser-Wärmepumpe). Dabei werden großflächige Erdkollektoren bis 2 m Tiefe für oberflächennahe Geothermie oder Erdsonden bis 100 m Tiefe eingesetzt. Eine Wärmeträgerflüssigkeit (Sole) erschließt die Erdwärme als Energiequelle. Im Vergleich zu Außenluft-Wärmepumpen entstehen dabei höhere Anschaffungskosten und ein höherer baulicher Aufwand durch Erdarbeiten oder Tiefenbohrungen mit entsprechend hohem Planungs- und Genehmigungsaufwand. Im Gegenzug entstehen geringere Betriebskosten, da aufgrund der höheren Effizienz gegenüber Luft-Wasser-Wärmepumpen ein geringerer Strombedarf entsteht.
Photovoltaisch-thermische Solarkollektoren (PVT-Kollektoren) kombinieren Photovoltaik und Solarthermie in einer Kollektorfläche und ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme. Somit kann die vorhandene Dachfläche als Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt werden und Strom für den Betrieb der Wärmepumpe bereitstellen.
Planung
Die Ergebnisse der Voruntersuchungen des Gebäudes haben Einfluss auf die Wärmepumpenplanung. Es gibt vielfältige Möglichkeiten für Konzepte (Komponenten und hydraulische Schaltungen) von Wärmepumpensystemen.
Für Planung, Dimensionierung und Konfiguration der Wärmepumpe sowie Erstellung von Hydraulik- und Elektroplänen gibt es zahlreiche Softwareprogramme und Rechentools.
Die VDI-Richtlinie 4645 zur Planung, Errichtung und für den optimalen Betrieb von Wärmepumpenanlagen in Wohngebäuden ist ein Leitfaden für die Konzepterstellung bis zur Detailplanung, Installation, Inbetriebnahme und Nutzereinweisung. Schulungen entsprechend der Richtlinie werden angeboten. Eine Übersicht zu Weiterbildungen rund um das Thema Wärmepumpe bietet die Themenseite Wärmepumpen: Qualifikation.
Weiterführende Informationen
Studien und Berichte
- UBA: Wärmepumpensysteme in Bestandsgebäuden (Studie / PDF / 3 MB)
- Fraunhofer ISE: Blog-Serie über Erkenntnisse aus der Forschung zu Wärmepumpen im Bestand
- Fraunhofer ISE: Studie mit Feldtest zu Wärmepumpen im Bestand
- Öko-Institut / Fraunhofer ISE: Durchbruch für die Wärmepumpe — Praxisoptionen für eine effiziente Wärmewende im Gebäudebestand (Studie / PDF / 3 MB)
- DUH: Hemmnisse und Möglichkeiten für den Hochlauf der Wärmepumpe in Mehrfamilienhäusern (PDF / 722 KB)
Fachliche Arbeitshilfen
- VdZ: Arbeitshilfen und Formulare Hydraulischer Abgleich
- BWP: Leitfaden Trinkwassererwärmung (PDF / 2 MB)
- BWP: Praxisratgeber Modernisieren mit Wärmepumpe (PDF / 10 MB)
- BWP: Informationsblatt 73 — Trinkwassererwärmung mit Trinkwasser-Wärmepumpe und Photovoltaik (PDF / 264 KB)
Handreichungen für die Kundenkommunikation
Vertiefende Themenseiten
Downloads
Leitfäden & Praxishilfen
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