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 …
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:
Betriebsarten eines Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystems
Bei einem Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem gibt es hinsichtlich der Wärmebereitstellung drei typische Arten einer bivalenten Betriebsweise:
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.
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 %.
Hybridsysteme im Eigenheimbereich
Im Ein-/Zweifamilienhausbereich ist ein Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem vor allem dann interessant, wenn eine Heizungsmodernisierung ansteht, und der Hausbesitzer ...
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.
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
Betriebsarten
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
Betriebsweisen
DICTIONARY
AUTOR
Autor: Martin Bauer ist Wirtschaftsingenieur (Master of Engineering) und Produktmanager für Wärmepumpen bei der WOLF GmbH, Mainburg