Wärmepumpen: Kombinierte Wärmequellen für Nachrüstung von Mehrfamilienhäusern
Ältere Mehrfamilienhäuser mit Wärmepumpen nachzurüsten scheitert oft am Platz für die Wärmetauscher. Abhilfe verspricht die Kombination mehrerer Wärmequellen.
(Bild: Robert Kneschke/Shutterstock.com)
Wie lassen sich die vielen alten Etagenwohnungen klimafreundlicher machen? Die Frage ist ebenso dringlich wie die Antwort unbefriedigend, denn klassische Wärmepumpen lassen sich dort meist nicht einsetzen. Jetzt hat das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Forschungsprojekt "LowEx im Bestand" in seinem Abschlussbericht mehrere Vorschläge vorgelegt. Daran beteiligt waren das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), das INATECH der Uni Freiburg und das Karlsruher Institut für Technologie.
Ein Problem von Bestandsbauten sind oft die alten Heizkörper. Sie sind auf hohe Vorlauftemperaturen ausgelegt, welche Wärmepumpen nicht oder nur unter hohem Energieaufwand liefern können. Bei einem Demo-Projekt in einem Bestands-Mehrfamilienhaus in Karlsruhe-Durlach fanden die Forschenden heraus, dass es schon ausreichen kann, nur sieben Prozent der Heizkörper durch modernere auszutauschen, um die nötige Vorlauftemperatur um 10 Grad und den Energiebedarf um 40 Prozent zu senken. "Die Maßnahme weist eine hohe Wirtschaftlichkeit auf und ist sowohl unter ökonomischen, energetischen als auch ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll", heißt es im Bericht.
Wärme-Lösungen für dicht bebaute Innenstädte
Eine weitere Schwierigkeit: Für Luftwärmetauscher oder Erdwärmesonden fehlt in dicht bebauten Innenstädten oft der Platz. Hier schlägt die Studie "photovoltaisch-thermische Kombi-Kollektoren" vor. Sie bestehen aus Solarmodulen mit einem rückseitigen Wärmetauscher. Bei adäquater Auslegung sei damit eine Jahresarbeitszahl "zwischen Luft- und Solewärmepumpen" zu erzielen, so das Ergebnis einer Simulation. "Ein guter Kompromiss zwischen hoher Leistung und geringen Investitionskosten kann bei einer Kollektorfläche von ca. 3 – 5 m²/kW thermisch erzielt werden. Bei allen betrachteten Mehrfamiliengebäude (klein, mittel, groß) reichen die Dachflächen bei Weitem aus, um die benötigte Quellwärme zur Verfügung zu stellen."
In einem weiteren Gebäudeteil installierten die Forscher eine Wärmepumpe, die sowohl Außenluft als auch Erdwärme nutzt. Auch dies hilft, Platz zu sparen. "Im ersten Betriebshalbjahr erzielte die Mehrquellenhydraulik hohe Quelltemperaturen mit einem Mittelwert von 8 Grad Celsius, was im ersten ausgewerteten Betriebshalbjahr (Februar bis Juli 2022) zu einer guten Jahresarbeitszahl von 3,2 beitrug", lautet das Ergebnis.
Von einer anderen Seite gehen "bivalente" Wärmepumpen das Problem des fehlenden Platzes und der hohen Vorlauftemperaturen an. Oft sind es nur wenige, sehr kalte Tage im Jahr, an denen die maximale Heizleistung gefragt ist. Müssen Wärmepumpen diese Spitzenlast abdecken, sind sie für die restliche Zeit überdimensioniert. Bei bivalenten Anlagen übernimmt eine andere Wärmequelle, beispielsweise eine normale Gastherme, diese Spitzenlast. Unter Berücksichtigung der Strom- und Gaspreisentwicklung hat die Studie ermittelt, dass die Wärmepumpe bis zu 95 Prozent der Wärmeversorgung wirtschaftlich übernehmen kann.
Wärmepumpe bei schrittweiser Sanierung
"Der Einsatz von bivalenten Systemen wird zum einen bei begrenzter Flächenverfügbarkeit für die Wärmequelle, insbesondere aber bei schrittweiser Sanierung gesehen", heißt es im Bericht. "Hier kann bereits vor Hüllsanierung eine Wärmepumpe eingesetzt und gemeinsam mit dem konventionellen Wärmeerzeuger betrieben werden. Nach Sanierung übernimmt die Wärmepumpe die Wärmeerzeugung möglichst vollständig."
Was der gelegentliche Einsatz fossiler Brennstoffe für die Emissionsbilanz bedeutet, lassen die Autoren offen: "Der Emissionsvorteil von monoenergetischen Wärmepumpen ist wenig robust, weil er stark vom Anteil Power-to-Gas bzw. von grünem Wasserstoff im Gasnetz abhängt."
Ein weiterer Punkt des Berichts betrifft die gerne übersehene Warmwasser-Erzeugung. Je effizienter die Heizung, desto größer ist schließlich der Anteil des Warmwassers am gesamten Energieverbrauch des Hauses – und er lässt sich nicht so einfach senken. Aus hygienischen Gründen sollte zentral erhitztes Trinkwasser nämlich mindestens 60 Grad haben, dabei würden rund 45 Grad zum Duschen völlig ausreichen.
Abhilfe versprechen dezentrale Trinkwassererhitzer in den Wohnungen – oder eine zentrale "Ultrafiltration" zur mechanischen Bekämpfung von Legionellen. Dies könne den Energieverbrauch für die Warmwasser-Erzeugung um bis zu 58 Prozent senken. Allerdings sei die Ultrafiltration noch nicht ausreichend erprobt, heißt es im Bericht. Deshalb müsse der "hygienisch einwandfreie Betrieb durch regelmäßige Legionellenbeprobung nachgewiesen und das zuständige Gesundheitsamt einbezogen werden". Erst nach einer erfolgreichen Erstuntersuchung könne mit der "stufenweisen Temperaturabsenkung" begonnen werden.
(grh)