Beliebte Standard-Vaianten im Gebäude

n9o8 bearb. am 10.03.2024

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Grundsätzlich muss bei einem normalen Wohngebäude mit Warmwasseraufbereitung + Heizung + Stromverbrauch für private, nicht gewerbliche Tätigkeiten davon ausgegangen werden, dass die Summe des thermischen Energiebedarfs bei 80% und der Stromverbrauch bei 20% des Gesamtverbrauchs liegt. Demzufolge stehen Einsparungen im Bereich der Wärmeerzeugung natürlich im Vordergrund des Interesses. Nachfolgend werden die häufig angesprochenen bzw. nachgefragten Lösungen vorgestellt und diskutiert.

Wärmepumpen allgemein

Wärmepumpen sparen grundsätzlich zunächst einmal Energie im Verhältnis des COP-Werts (Verhältnis Nutzen zu Aufwand) ein. Die Betriebskosten sind jedoch von der Antriebsart abhängig. Ein COP = 4 bzw. von 1:4 würde bedeuten, dass 75% des primären Energieeinsatzes im Vergleich zur normalen Beheizung eingespart werden.

Die Differenz zwischen der geringen Quelltemperatur am Eingang der Wärmepumpe (z.B. 0°C) und der höheren Zieltemperatur (z.B. 50 °C) nennt man "Temperaturhub". Je geringer beim gleicher Quellentemperatur der Sollwert der gewünschten Ausgangstemperatur eingestellt wird, desto effizienter arbeitet eine Wärmepumpe: ein hoher COP-Wert wird erreicht bei kleinem Temperaturhub. (Anmerkung: der COP-Wert ist keine fixe Eigenschaft einer Wärmepumpe, sondern stellt sich in Abhängigkeit von Quellentemparatur und Zieltemperatur als Ergebnis ein. COP-Angaben sind stets auf einen solchen "Arbeitspunkt" bezogen.)

Einstufige Standard-Wärmepumpen erreichen meist den sog. Comfortbereich bis maximal 50-55°C bei noch guten Wirkungsgraden.
Für die meisten Heizungsinstallationen auch im Bestand dürfte dies als Vorlauftemperatur ausreichen. Die zu lösende Problematik besteht im Trinkwasserbereich wegen der Legionellengefahr:

Während man im Neubau den Trick anwendet, das kalte Brauchwasser erst kurz vor der Entnahmestelle (Dusche, Küche, Bad) durch einen durch eine Ringleitung befeuerten Wärmetauscher aufzuheizen, wird diese Lösung aus Kostengründen im Bestand kaum zur Anwendung kommen. Im Bestand raten wir dazu, unter Verwendung der seitherigen Heizanlage einmal im Monat den Brauchwasserkessel für eine kurze Zeit auf 65°C aufzuheizen. Dies dürfte genügen. Alernativ kann ein 2 kW-Elektrostab installiert werden, der eine programmierbare Zeitschaltuhr erhält.

Zweistufige Hochtemperatur-Wärmepumpen werden für Zieltemperaturen von 80-90°C angeboten. Man mag sich darunter zwei einstufige Wärmepumpen vorstellen, die hintereinander geschaltet sind: die erste macht den Temoeraturhub von 0 bis 40 °C, die zweite macht den Temperaturhub von 40-80°C. (Dass man hier mit 2 Stufen arbeitet, hat technische Gründe, auf die wir hier nicht näher eingehen wollen. Nur so viel: der Wirkungsgrad wird besser als mit nur einer Stufe.)

Während im kommerziellen Bereich nicht selten 80°C Prozesstemperatur gefordert ist, sehen wir diese Notwendigkeit im Bereich der Gebäudebeheizung nicht wirklich, auch wenn dies gelegentlich behauptet wírd. Auch ein sehr alter Radiator gibt gut Wärme ab, wenn er 50°C Vorlauf bekommt und wenn diese Vorlauftemperatur nicht beim Radiator ankommt, können nur Temperaturverluste auf dem Weg ursächlich sein. An dieser Stelle würden wir tatsächlich empfehlen, zunächst einmal die Verrohrung auf Isolationsmöglichkeiten zu prüfen. Das kann preiswert und effizient sein. 

Wärmepumpen gasbetrieben

Wurde zuvor eine Gasheizung oder Ölheizung eingesetzt, schlägt die Reduktion der eingesetzten Energie um 75% auch in gleicher Höhe auf die Betrienbskosten durch: die Betriebskosten sinken ebenfalls um 75%.

Gasbetriebene Wärmepumpen laufen immer und unabhängig vom Stromnetz, solange Gasdruck vorhanden ist.

Selbstverständlich lassen sich gasbetriebene Wärmepumpen NICHT aus einer ggf. vorhandenen PV-Anlage speisen.

Die vorhandene Kesselanlage muss nicht ausgetauscht werden.

Wärmepumpen elektrisch angetrieben - aus dem Versorgernetz

Bei elektrisch angetriebenen und ausschließlich aus dem Versorgernetz gespeisten Wärmepumpen wird zwar ebenfalls 75% Energie eingespart, aber der höhere 4-5fach höhere Strompreis für die restlichen 25% aus dem Beispiel hebt den Vorteil der Energieeinsparung wieder auf. Bei ungünstigen Verhältnissen sind die Betriebskosten höher als vorher und die Investition bleibt dennoch.

Die vorhandene Kesselanlage muss nicht ausgetauscht werden.

Wärmepumpen elektrisch angetrieben - teilgespeist aus Photovoltaik-Strom

Hier liegt ein beliebter Mischfall vor: eine ordentlich auf den eigentlichen Stromverbrauch des Gebäudes ausgelegte PV-Anlage produziert in der Mittagszeit (12 Uhr +/- 2h) eine sog."Überproduktion" in Höhe von ca. 45% der technisch möglichen Tagesproduktion, welche für Einspeisungen zur Verfügung steht: entweder in einen Batteriespeicher, ins Versorgernetz oder eben zum Antrieb einer elektrischen Wärmepumpe, welche die eingespeiste Energie in Form von Wärme in den Heizkessel einspeist.

Diese Lösung sollte gerade in den Fällen in Betracht gezogen werden, in denen es mangels Gasanschluß nicht möglich ist, eine gasbetriebene Wärmepumpe einzusetzen.

Konzept "Überschußproduktion":Hier ist zu beachten, dass diese Überproduktion ausgerechnet zur voraussichtlich wärmsten Tageszeit stattfindet und nicht etwa in der kalten Nacht. Dies führt zur Notwendigkeit, in solchen Fällen die Dimensionierung der Kesselanlage zu überprüfen: sind die Kessel / Warmwasserspeicher groß genug, um eine Energiemenge, welche der rechnerischen Überproduktion der PV-Anlage entspricht, überhaupt aufzunehmen ?

Hierbei sollte die Anlagensteuerung natürlich dafür sorgen, dass in ausreichendem zeitlichem Abstand VOR 10 Uhr morgens die Kessel nicht durch Versorgerstrom geladen werden, um das Einladen der Überproduktion zu ermöglichen. Man wird dies über eine temperaturabhängige Steuerung erledigen.

Konzept "Dauerlauf": Das Vorstehende gilt, wenn man vorrangig genau die produzierten elektrische Überschußenergie verwenden möchte. Im einfacheren Fall ist es so, dass man die Wärmepumpe schlicht "steuert wie immer" ohne auf Tageszeiten in Bezug auf die PV-Leistung besondere Rücksicht zu nehmen. Das Konzept in diesem Fall lautet schlicht: der Inverter der PV-Anlage versorgt alle internen Abnehmer einschließlich der Wärmepumpe immer bevorzug mit Solarstrom und steuert nur so viel Versorgerstrom zu wie notwendig. In diesem Fall enfällt die Notwendigkeit der Überprüfung der Kesseldomensionierung und die Installation beschränkt sich auf das simple hydraulische Anschließen der Wärmepumpe.

Resultate: Betreiber der kombinierten Lösung nach dem Konzept "Dauerlauf" berichten davon, ihre jährlichen Kosten für Wärmeenergie unter Einsatz einer Standard-10 kWp-PV-Anlage um mehr als 50% reduziert zu haben. Das Konzept "Überschussproduktion" kann zu größeren Einsparungen führen, würde aber eine größere Dimensionierung von PV-Anlage, Wärmepumpe und ggf. der Kesselanlage führen. So ist hinsichtlich der Investitionskosten die Variante "Dauerlauf" sicher das sparsamere Modell zumindest in den Fällen. bei denen die Anforderungen an den Strombedarf haushaltsüblich eher gering sind.

Solarthermie

Es gibt Fälle, in denen Hausbenutzer mit ihrer installierten Solarthermie vollauf zufrieden sind und berichten, sie würden kaum in die Lage kommen, ihre technisch gleichwohl notwendige Zusatzheizung (meist ist es die alte, im Normalzustand ausgeschaltete Heizanlage) aktivieren zu müssen. Angesichts der Wahrscheinlichkeit mehrerer aufeinanderfolgenden Tage mit bedecktem Wetter kann man hiervon jedoch nicht ausgehen.

Solarthemie-Module zeichnen sich -im Unterschied zu den elektrischen PV-Modulen- durch einen signifikant höheren Flächenwirkungsgrad aus und sind durch diese hohen Leistungen durchaus in der Lage, eine Kesselanlage schnell und auch hoch (70-80°C) zu erhitzen.

Genau wie Wärmepumpen werden sie einfach an die bestehende Kesselanlage angeschlossen. Sie haben ihren eigenen einfachen Kreislauf: eine kleine Umwälzpumpe, Dachkollektoren und eine eigenständige Steuerung ("Solarregler"). der durch Sensorwerte geführt darüber entscheidet, ob die Pumpe läuft oder nicht.

Solarthermie benötigt wegen schlechtem Wetter natürlich immer ein Backup-System. Dieses könnte im Idealfall eine Wärmepumpe sein und bringt in dieser Kombination einen großen Schritt in die Richtung "energieautarkes Gebäude" .. zu entsprechenden Kosten, versteht sich.

Anschluß + Steuerung

Handwerksunternehmen, die ihren Kunden erzählen, beim Anschluß von Wärmepumpen oder der Solarthermie "müsse der / die Kessel immer ausgetauscht werden", weil bei der bestehenden Kesselanlage "die notwendigen Anschlüsse nicht vorhanden wären", arbeiten unseriös: das Herstellen eines Wasseranschlusses an einen Kessel ist Bestandteil der Ausbildung zum Installateur! Es mag andere Gründe geben, warum ggf. der Austausch eines Kessels in Erwägung gezogen werden kann. Das Fehlen eines Anschlußes ist kein Grund.

Hinsichtlich der Anlagensteuerung liegen die Verhältnisse etwas anders: moderne Steuerungen geben natürlich mehr her an Möglichkeiten, eine Gesamtanlage in Abhängigkeit von Sensorwerten für Drücke und Temperaturen unter Beachtung der Tageszeit das Anlagenverhalten im Sinne eines "Profils" auf den Tagesablauf anzupassen.

Grundsätzlich haben alle geschlossenen Systemkomponenten ihre eigene Steuereinheit: der Inverter einer PV-Anlage, die Wärmepumpe und auch der Solarregler der Solarthermie sind bzw. haben Steuerungen. (Auf den Unterschied zwischen Steuerung und Regelung soll hier nicht eingegangen werden.) Natürlich hat auch die bestehende Heizanlage vor einem Umbau bereits eine eigene Steuerung. Angesichts dieser Situation stellt sich natürlich die Frage:

Wie gut passt das alles zusammen ? Die Antwort lautet: erfreulicherweise recht gut in aller Regel ! Und zwar bereits durch einfaches Ausnutzen der vorhandenen Einstellmöglichkeiten.

Damit soll nicht gesagt sein, dass Verbesserungen gerade bei spezifischen Lastzyklen des Kunden nicht durch Einsatz von mehr Regeltechnik möglich wären. An dieser Stelle können keine allgemein gültigen Aussagen mehr gemacht werden. Aussagen können nur im konkreten Fall gemacht werden: unter Absprache mit der Fachfirma und unter Beachtung der tatsächlich installierten Technik..

Lassen Sie sich bei uns fachkundig beraten !