Vorteilhafte Kombi

31.01.2020 | Veröffentlicht in Ausgabe 02-2020 | Druckvorschau

Hybridheizsystem mit der Luft-/Wasser-Wärmepumpe Gas-Brennwertgerät - © Bild: Wolf Group — © Bild: Wolf Group

Hybridheizsystem mit der Luft-/Wasser-Wärmepumpe Gas-Brennwertgerät

Hybridheizsysteme kombinieren die Vorteile von Brennwert- und erneuerbarer Wärmepumpentechnik. Lesen Sie, welche Ideen und konkreten Ansätze in Sachen Wärmeerzeugung betrachtet werden können.

Vor dem Hintergrund des Klimaschutzes und der Reduktion von CO₂-Emissionen werden aktuelle Heiztechnikkonzepte für die Praxis mit dem Blick darauf ausgewählt werden, dass sie …

einerseits den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen effektiv und effizient mindern,

andererseits für den Investor auch wirtschaftlich sinnvoll sind und

zudem noch den Nutzern bzw. Bewohnern einen hohen Heiz- und Warmwasserkomfort bieten.

Diese Bedingungen erfüllen Hybridheizsysteme sehr gut, weil sie zwei unabhängige Wärmeerzeuger mit unterschiedlichen Vorteilen und Energieträgern kombinieren. Am häufigsten bestehen diese aus einem hocheffizienten Gas- oder Öl-Brennwertheizgerät sowie aus einem System auf Basis erneuerbarer Energien. Als geeigneter Partner empfiehlt sich, neben einer Solarthermieanlage, zunehmend die Luft/Wasser-Wärmepumpe.

Vorteile eines Hybridsystems

Ein Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem eignet sich sowohl für den Einsatz im Neubau, für größere Objekte mit hohem Warmwasserbedarf wie Mehrfamilienhäuser, als auch generell im Gebäudebestand. Abhängig vom Gebäude und der Einsatzart bietet es folgende Vorteile:

Die Grundheizlast wird ganzjährig mithilfe einer hocheffizienten Wärmepumpe gedeckt; das Brennwertheizgerät fängt die Spitzenlasten ab.

Hoher und hygienischer Warmwasserkomfort durch den Brennwertspitzenlastkessel, der selbst hohe Warmwasser-temperaturen vergleichsweise effizient bereitstellt (z. B. zum Schutz vor Legionellen)

Hohe Betriebsverfügbarkeit und -sicherheit aufgrund der Nutzung von zwei voneinander unabhängigen Wärmeerzeugern (Redundanz)

Es lassen sich sehr flexibel zwei Wärmeerzeuger mit unterschiedlichen Heizleistungen, abgestimmt auf das jeweilige Projekt, kombinieren.

Kühloption im Sommer in Verbindung mit einer reversiblen Luft/Wasser-Wärmepumpe und einem Flächenheizsystem

Optional kombinierbar mit Wohnungsstationen zur Heizwärme- und Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhausbereich

Geringere Investitionskosten im Vergleich zu reinen Wärmepumpenlösungen mit hoher Heizleistung

Vergleichsweise kostengünstige Erfüllung der gesetzlichen Vorschriften von EEWärmeG/EnEV sowie von Förderbedingungen möglich

Niedrigere und optimierte Betriebskosten, weil der jeweils günstigere Energieträger genutzt wird

Hohe Preisflexibilität im Hinblick auf die künftige Entwicklung der Öl-, Gas- und Strompreise

Optimierung des Eigenverbrauchs von selbst produziertem Photovoltaikstrom

Kostengünstige Estrichtrocknung mithilfe des Brennwert-heizgeräts

**In einem Hybridheizsystem können Wohnungsstationen die Anforderungen erfüllen**

Betriebsarten eines Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystems

Bei einem Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem gibt es hinsichtlich der Wärmebereitstellung drei typische Arten einer bivalenten Betriebsweise:

alternativ,

parallel und

teilparallel.

Eine wesentliche Rolle spielen dabei der Bivalenzpunkt (BP) sowie der Abschaltpunkt (AP), zwei feste oder (teil)variable Außenlufttemperaturwerte, welche projektspezifisch ausgelegt werden:

Der Systemregler kann den Abschalt- und Bivalenzpunkt nach verschiedenen Kriterien (Führungsgrößen) ermitteln, die sowohl fest als auch variabel sein können. Typische Führungsgrößen sind: Wärmequellen-, Vor-/Rücklauf- und Außentemperatur sowie eventuelle EVU-Sperrzeiten bei Wärmepumpenstromtarifen. Variable Kriterien können z. B. sein: Photovoltaikstrom-Überschüsse, CO2-Emission und unterschiedliche Energietarife.

Welche Betriebsweise letztlich zur Anwendung kommt, hängt vom konkreten Projekt ab. Um die Zusammenhänge anschaulicher zu machen, werden nachfolgend zwei Marktsegmente beispielhaft näher betrachtet, die für Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsysteme besonders attraktiv sind.

**„Smart Home“ ermöglicht die Berücksichtigung vieler Einflüsse. Die Wahl des Wärmeerzeugers in einem Hybridsystem kann so optimiert werden**

Hybridsystem im Mehrfamilienhaus

Aufgrund begrenzter Bauflächen, hoher Grundstückspreise und möglichst kostengünstiger Baupreise liegen kleine und mittlere Mehrfamilienhäuser (MFH) bis etwa 16 Wohneinheiten voll im Trend. Der Einsatz von Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen wird vom Erbauer (Bauträger, Generalunternehmer, privater Investor etc.) meist schon aufgrund der hohen Investitionskosten ausgeschlossen. Luft/Wasser-Wärmepumpen mit großen Heizleistungen stoßen rasch an Grenzen: aufgrund der Anschaffungskosten sowie wegen ihrer Baugröße und Schallemissionen bei kleinen Grundstücken. Im MFH-Neubau spielt bei der Anlagenplanung zudem die Ausfall- und Betriebssicherheit eine wesentliche Rolle. Auch deshalb bietet sich der Einsatz von Brennwerttechnik in Kombination mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe an.

Die Vorschriften des eingangs erwähnten EEWärmeG ließen sich zwar auch mit Brennwertheiztechnik und Solarthermiekollektoren erfüllen, was meist aber an den höheren Kosten scheitert. Bei einer bivalent parallelen Betriebsweise mit einer Wärmepumpe lässt sich diese gesetzliche Vorgabe leichter erreichen, da der Deckungsanteil aus erneuerbaren Energien zur Wärmebereitstellung mindestens 50 % beträgt und die Wärmepumpe in diesem Betriebsmodus so lange wie möglich läuft. Beispiel: Bei einem angenommenen Deckungsanteil der WP von 61 % beim Bivalenzpunkt 5 °C beträgt der Leistungsanteil nur 19 %. Zum Vergleich: Im bivalent alternativen Betrieb muss die Wärmepumpe bereits einen Leistungsanteil von 35 % aufweisen, um einen Deckungsanteil von mind. 50 % zu erreichen. Hinweis: Soll die Wärmepumpe übers BAFA gefördert werden, ist ein Bivalenzpunkt von 2 °C (oder tiefer) vorgeschrieben. In diesem Fall läge der Leistungsanteil der WP im bivalent parallelen Betrieb bei mind. 31 %.

**Schichtenspeicher sind speziell für Wärmepumpen und die effiziente Nutzung von Solarthermie konzipiert**

Hybridsysteme im Eigenheimbereich

Im Ein-/Zweifamilienhausbereich ist ein Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem vor allem dann interessant, wenn eine Heizungsmodernisierung ansteht, und der Hausbesitzer ...

lediglich eine Teilsanierung an der Gebäudehülle unternimmt. Dazu gehören Einzelmaßnahmen wie der Fensteraustausch, die Wärmedämmung des Daches oder Dämmmaßnahmen an der Keller- und obersten Geschossdecke.

eine umfangreichere Modernisierung zum Effizienzhaus plant und dazu eine KfW-Förderung nutzen möchte.

eine BAFA-Förderung nutzen möchte.

den Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen seines vorhandenen Öl- oder Gasheizsystems verringern und dazu eventuell auch eigenen Photovoltaikstrom einsetzen möchte. Dazu kann z. B. auch ein vorhandener moderner (Brennwert-)Wärmeerzeuger mit einer neuen Luft/Wasser-WP kombiniert werden

In der Regel verfügen beide Wärmeerzeuger über ähnlich große Heizleistungsgrößen. Dabei übernimmt die Wärmepumpe ganzjährig die Grundlast, während das Brennwertheizgerät bei Spitzenlasten sowie bei einem hohen Warmwasserbedarf (kurzzeitig) in Betrieb geht. Bei ähnlich großen Wärmeerzeugern ist es möglich, intelligente Betriebsweisen in der Regelung einzustellen.

In Verbindung mit Zusatzkomponenten ermöglichen es Regelungssysteme, den selbst produzierten Photovoltaikstrom mittels Energiemanagement intelligent zum Wärmepumpenbetrieb zu nutzen. Dadurch erhöht sich der Autarkiegrad spürbar, was zunehmend mehr Hausbesitzer gezielt anstreben. Etwas anders sieht die Situation aus, falls das Eigenheim umfassend energetisch saniert und die Heizkörper durch eine Flächenheizung ersetzt werden sollen. Dann dürfte meist der monovalente bzw. monoenergetische Einsatz eines Wärmepumpensystems wirtschaftlicher sein – vorausgesetzt, der Warmwasserbedarf ist generell nicht zu hoch.

**Betriebsarten eines Hybridsystems bestehend aus Brennwertgerät und Wärmepumpe**

Fazit

Ein Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem bietet sowohl dem Investor bzw. Hausbesitzer als auch dem Fachhandwerker viele Vorteile – insbesondere im Mehrfamilienhaus-neubau sowie bei der Modernisierung von Eigenheimen. Hinzu kommt, dass Markenhersteller wie Wolf eine Vielzahl verschiedener Wärmeerzeuger mit vielen Leistungsgrößen anbieten, welche projektspezifisch variabel miteinander kombiniert und aufeinander abgestimmt werden können. Nicht außer Acht lassen sollte der Fachhandwerker bei seiner Heiztechnikkonzeption, dass bei neuen und sanierten Niedrigenergiegebäuden der Einbau einer kontrollierten Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung sinnvoll oder sogar notwendig sein kann: zum Schutz der Bausubstanz und der Bewohnergesundheit sowie für ein ganzjähriges Wohlfühlklima. Dadurch vermindern sich der Primärenergieverbrauch und die CO2-Emissionen zusätzlich – insbesondere, wenn auch Photovoltaikstromüberschüsse genutzt werden. ■

Literatur:

[1] Bivalente Wärmepumpen-Systeme, BDH-Informationsblatt Nr. 57, März 2019, www.bdh-koeln.de

[2] Planung und Auslegung des Systems PV-Anlage, Wärmepumpe und Speicherung; BDH-Informationsblatt Nr. 70, April 2018, www.bdh-koeln.de

[3] Wärmepumpen, BDH-Informationsblatt Nr. 25, März 2019, www.bdh-koeln.de

**Intelligente Regelungskonzepte lassen sich realisieren und die Betriebsweisen entsprechend anpassen**

Betriebsarten

Bivalent alternativer Betrieb: Auch hier sorgt oberhalb des BP nur die Wärmepumpe für die Wärmeerzeugung. Unterhalb des BP wird nur noch das Brennwertgerät betrieben.

Bivalent paralleler Betrieb: Oberhalb des BP sorgt nur die Wärmepumpe für die Wärmeerzeugung. Unterhalb des BP wird das Brennwertgerät gleichzeitig mit der Wärmepumpe betrieben.

Bivalent teilparalleler Betrieb: Oberhalb des BP ist nur die Wärmepumpe in Betrieb. Zwischen BP und AP sind beide Wärmeerzeuger aktiv. Unterhalb des AP wird nur noch das Brennwertgerät betrieben.

Estrichtrocknung im Beispiel

In der Praxis können erfahrungsgemäß ca. 60 % der Kosten gespart werden. Ein Beispiel: Bei zwei identischen Mehrfamilienhausprojekten mit jeweils acht Wohneinheiten (bei Stuttgart) setzte ein Bauherr in einem Gebäude auf eine reine Wärmepumpenlösung und im zweiten Haus auf eine Hybridlösung. Mit der Hybridlösung konnte im Vergleich zur Wärmepumpenlösung bei der Estrichtrocknung in der kalten Jahreszeit eine Ersparnis von 4500 Euro erzielt werden: Es fielen statt 6000 Euro nur noch 1500 Euro an. Zusätzliche Bautrockner wurden vermieden. Der Bauabschnitt der Estrichtrocknung wurde bereits eine Arbeitswoche schneller abgeschlossen.

Wesentliche Vorteile

Bei der eingesetzten Luft/Wasser-WP kann die Heizleistung relativ klein gewählt werden. Dadurch ist die Wärmepumpe kostengünstiger und kompakter gebaut, arbeitet leiser und ist dennoch förderfähig. Als Gasbrennwertgeräte mit teils deutlich höheren Heizleistungen empfehlen sich Geräte bis 100 kW. Für das effiziente und sichere Zusammenwirken der Wärmeerzeuger sorgt ein intelligentes Regelungssystem.

Zwei redundante Wärmeerzeuger bieten dem Vermieter/Bauträger/Investor sowie dem Fachhandwerker Ausfallschutz bzw. Schutz vor Beanstandungen.

Hybridsysteme eignen sich hervorragend für den Einsatz von Wohnungsstationen zur Heiz- und Warmwasserversorgung, wofür sich reine WP-Lösungen nur bedingt eignen.

Die Trinkwasserhygiene bei Warmwasserspeicherlösungen kann durch Hybridheiztechnik effizient sichergestellt werden. Mit Blick auf die Energieeffizienz stellt hauptsächlich das Brennwertheizgerät die notwendigen hohen Vorlauftemperaturen zur Warmwasserbereitung zur Verfügung.

Betriebsweisen

Ökonomisch: Es wird der Wärmeerzeuger mit dem zur Zeit kostengünstigsten Energieträger verwendet.

Ökologisch: Die Wärmepumpenlaufzeiten werden so lange wie möglich eingeplant.

DICTIONARY

AUTOR

Autor: Martin Bauer ist Wirtschaftsingenieur (Master of Engineering) und Produktmanager für Wärmepumpen bei der WOLF GmbH, Mainburg

Bild: Wolf Group