Der erste Teil der Serie klassifizierte Wärmepumpentechnologien von Luft/Wasser-Wärmepumpen nach typischen Leistungsgrößen und Bauarten. Reichen diese Einzel-Heizleistungen für die Wärmeversorgung nicht aus, können Wärmepumpenkaskaden eine Lösung mit zahlreichen Vorzügen bieten:
Wärmepumpenkaskaden mit folgenden Stärken
1. Skalierbarkeit und Flexibilität
Durch den modularen Aufbau einer Kaskade können mehrere kleinere Wärmepumpen je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden. Dadurch kann eine individuelle Anpassung an den tatsächlichen Wärmebedarf stattfinden.
2. Energieeffizienz
Durch die variable Zu- oder Abschaltung lassen sich die Wärmepumpen in einer Kaskade deutlich besser im optimierten Teillastbetrieb fahren, denn einzelne Wärmepumpen arbeiten durch ihren tieferen Modulationspunkt effizienter bei Teillast als eine große Anlage im Niedriglastbereich. Generell laufen Wärmepumpen sowohl mit kleiner als auch großer Heizleistung im Teillastbetrieb effizient. Allerdings liegt der Punkt der kleinsten Leistung bei einer kleinen Wärmepumpe auch deutlich tiefer. Deshalb takten die Kaskaden zumeist weniger als große Wärmepumpen und laufen deshalb bei mittleren Temperaturen effizienter. Durch eine intelligente Steuerung kann der Betrieb zudem an Stromtarife oder ggf. die PV-Erzeugung angepasst werden.
3. Redundanz und Betriebssicherheit
Fällt eine Wärmepumpe aus, übernehmen die anderen die Versorgung. Das ist besonders in der Wohnungswirtschaft relevant. Zudem können einzelne Geräte gewartet werden, ohne die gesamte Heizversorgung zu unterbrechen.
4. Wirtschaftlichkeit
Überzeugend sind auch die teilweise geringeren Investitionskosten: Mehrere kleinere Geräte sind oft günstiger als eine große, individuell gefertigte Spezialanlage. Einzelne Komponenten können je nach Land und Förderprogrammen außerdem ggf. besser gefördert werden.
5. Platzersparnis und Installationsvorteile
Die Geräte können aufgeteilt und platzsparend sowie flexibel installiert werden (z. B. Dach, Technikraum, Keller). Besonders bei Sanierungen lässt sich eine Kaskade leichter integrieren.
Kaskade aus kleineren oder größeren Einzelgeräten planen?
Wann ist dann eine Kaskade aus Wärmepumpen mit geringerer und wann eine Wärmepumpenkaskade aus Geräten mit größerer Leistung sinnvoll? Hier sind die objektspezifischen Bedingungen genau zu beachten. Zunächst gilt es, den genauen Leistungsbedarf zu bestimmen und dann die Platz- bzw. Aufstellungsverhältnisse zu klären. Größere Einzelleistungen pro Wärmepumpe haben den Vorteil, dass insgesamt weniger Verbindungsleitungen von den Außen- zu den Innengeräten bzw. der Hydraulik in das Wohngebäude installiert werden müssen. Das reduziert Aufwand und Kosten.
Während kleinere Geräte sich leichter per Muskelkraft transportieren lassen, sind größere Anlagen oftmals nur mit dem Einsatz eines Krans an ihren Bestimmungsort zu bringen. Aber auch einfache Argumente wie die Höhe von Wärmepumpen mit kleiner Leistung, die oftmals in Doppelbauweise zwei Ventilatoren übereinander kombinieren, spielen eine Rolle. Denn demgegenüber sind Wärmepumpen mit größerer Leistung, wie z. B. die Arotherm Perform von Vaillant, flacher gebaut und behindern beispielsweise nicht die Sicht aus den Fenstern im Erdgeschoss.
Darüber hinaus ist der verfügbare Platz ein wichtiger Faktor. Die Wahl des Aufstellungsorts hängt nicht nur von der Einhaltung der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) ab, die die zulässigen Geräuschpegel in der Umgebung regelt. Zudem müssen bei Wärmepumpen mit dem Kältemittel R290 die erforderlichen Sicherheitsabstände berücksichtigt werden. Zu beachten ist ebenfalls die Anzahl der Geräte in einer Kaskade. Bei einer größeren Einzelleistung werden weniger Einheiten benötigt, wodurch die Kosten für die Installation geringer sein können.
„Gerade die Beurteilungsfaktoren der Aufstellung und der Schallemissionen haben sich mittlerweile zu den entscheidenden Faktoren entwickelt“, so Dr. Alexander Linder, Leiter Produktmanagement bei Vaillant Deutschland. Er erklärt: „Die Effizienz vergleichbarer Wärmepumpenmodelle hat sich bei den großen Markenherstellern weitgehend angeglichen. Und was nutzt das letzte Zehntel an einer höheren Effizienz, wenn sich die Wärmepumpe aufgrund der Vorschriften überhaupt nicht aufstellen lässt.“
Schutzbereiche spielen bei Wärmepumpen kaum noch eine Rolle
In erster Linie dreht es sich hier um den notwendigen Sicherheitsbereich, den das mittlerweile nahezu standardmäßig eingesetzte Kältemittel R290 diktiert. Mit dem Wechsel von zuletzt R32 zu R290 wurden für das brennbare Kältemittel Sicherheitsbereiche definiert, in denen bestimmte Kriterien erfüllt sein müssen, denn R290 ist schwerer als Luft. So ist es möglich, dass sich im relativ unwahrscheinlichen Fall einer Leckage im Kältekreislauf R290 an Orten sammeln könnte, die unterhalb des Aufstellplatzes des Außengerätes liegen. Dazu gehören beispielsweise Lichtschächte, Gullys und Elektroschächte, Zündquellen, Mulden oder Senkungen etc.
Kommen dann noch die gängigen und bekannten Aufstellkriterien hinsichtlich der Schallemissionen u. a. nach TA Lärm oder in puncto Kondensatableitung und möglicher Vereisungsgefahr im Winter etc. hinzu, kann das die Aufstellorte so deutlich beschränken, dass die Nutzung einer modernen Wärmepumpe unmöglich wird. Warum können dann nicht einfach Wärmepumpen mit R32 genutzt werden? Dieses Kältemittel wird bei neuen Wärmepumpen bis 12 kW Heizleistung ab Ende 2026 aufgrund der Regelungen der F-Gase-Verordnung nicht mehr verfügbar sein.
Umso wichtiger ist es, bei der Auswahl einer Wärmepumpe bereits vorab auf die notwendigen Schutzbereiche zu achten, die der Hersteller laut Gesetz vorgibt. „State of the art“ ist hier mittlerweile die sogenannte Flexible Space Function (FSF) geworden, mit der der notwendige Schutzbereich von Wärmepumpen mit dem Kältemittel R290 entweder drastisch verkleinert wird oder teilweise sogar ganz entfallen kann. Bei der FSF handelt es sich bei innovativen, neuen Wärmepumpen um eine systemintegrierte Funktion, die durch konstruktive und regelungstechnische Details umgesetzt wird. Im Vergleich zu einem Standard-Schutzbereich von 1 m rund um eine Wärmepumpe mit R290 reichen bei diesen neuen Modellen, wie beispielsweise der Arotherm Plus von Vaillant, nur 50 cm an einer Seiten- und lediglich 25 cm an der Rückwand. Zur anderen Seitenwand und nach vorne ist kein Schutzbereich mehr erforderlich.
Dadurch können derartige Wärmepumpen mit sehr geringen Abständen zu Türen, Kellerfenstern, Lichtschächten etc. nahezu uneingeschränkt am Gebäude platziert werden. So wird die Wärmepumpentechnologie erstmals auch für Gebäude mit stark eingeschränkten Aufstellmöglichkeiten auf kleineren Grundstücken nutzbar.
Komplette Heizzentrale vor die Tür setzen
Sogenannte Energy-Units spielen wiederum eine entscheidende Rolle, wenn gleich die komplette Heizzentrale vor dem Gebäude platziert werden soll. Es geht hier um schlüsselfertige, modulare Energiezentralen, die nicht nur die jeweils benötigten Wärmepumpen, sondern auch die komplette Hydraulik, Regelung und Speichertechnik beinhalten. Diese Units werden seriell gefertigt, sind skalierbar und können auch von der Ausstattung her an die objektspezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Zudem werden sie quasi als fertige Einheit neben das Gebäude gestellt und müssen dann nur mittels einer Fernwärmeleitung mit dem Wärme-Verteilsystem im Gebäude verbunden werden.
Die Fertigung findet zudem unabhängig von der Witterung in einer Werkshalle statt. Das bedeutet, dass das gesamte Qualitätsthema auf der Baustelle hinfällig ist. Zusätzlich profitiert man von kurzen Liefer- und Installationszeiten und einer minimalen Ausfallzeit beim Heizungsumschluss – denn das Altsystem kann in Ruhe nach dem Umschluss demontiert werden, und es muss nicht parallel zur Neuinstallation ggf. mit einer Überbrückungslösung gearbeitet werden. Auch die spätere Wartung gestaltet sich denkbar einfach, weil kein Zugang zum Wohngebäude erforderlich ist.
Der direkte Vergleich zu einer einzelnen Wärmepumpe oder einer konventionellen Wärmepumpenkaskade zeigt gravierende Unterschiede, denn hier muss parallel die Systemperipherie (Hydraulik, Regelung und Speicher) im Gebäude untergebracht werden. Das beansprucht zusätzlich mindestens einen Kellerraum. Dieser wird bei einer Unit „gleich mitgeliefert“. Eine Energy-Unit kann – soweit sie ausschließlich Wärmepumpen enthält – unter Beachtung der gängigen Vorschriften in der Regel sogar genehmigungsfrei und flexibel platziert werden.
Im Wohnungsbau kaum gefragt: Kaltwassersätze und VRF-Anlagen
Kaltwassersätze oder VRF-Anlagen können technologische Lösungen für die Wärme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhäusern darstellen. In der Praxis trifft man diese Anlagen jedoch eher im gewerblichen Bereich als im reinen Wohnungsbau an. Eines der wichtigsten Argumente ist die in der Regel fehlende Förderfähigkeit im Rahmen von Förderprogrammen. Zudem werden in beiden Technologien vergleichsweise zu Wärmepumpen deutlich größere Mengen Kältemittel eingesetzt, die zudem klimaschädlicher als das mittlerweile in Wärmepumpen zum Standard avancierte R290 sind. Die komplexe Technik dieser Technologien erfordert außerdem spezialisiertes Personal, was oftmals in höheren Wartungskosten mündet. Auch die individuelle Verbrauchserfassung für Heizkostenabrechnungen kann kompliziert sein, da oft keine standardisierten Wärmemengenzähler unterstützt werden.
Schlussfolgerung
Bei der energetischen Sanierung von Mehrfamilienhäusern ist die Vorgehensweise heute weitgehend klar. Entscheidend ist, dass frühzeitig die passende Lösung für die Wärmeerzeugung gewählt wird. Wärmepumpen bieten hierbei die besten Zukunftsaussichten und sind inzwischen auch im Bestand eine realistische Option. Durch moderne Wärmepumpentechnologien können selbst wenig sanierte Gebäude wirtschaftlich und effizient beheizt werden. Für den Erfolg ist eine saubere Planung entscheidend: Der Ist-Zustand des Gebäudes, die technischen Möglichkeiten sowie die Wirtschaftlichkeit müssen systematisch bewertet werden. Werden zusätzlich Förderprogramme berücksichtigt und zukünftige Anforderungen mitgedacht, lassen sich nachhaltige und praxisgerechte Heizlösungen für Mehrfamilienhäuser umsetzen.
1 Wärmepumpenkaskaden ermöglichen durch modulare Zuschaltung eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung, einen effizienten Teillastbetrieb und erhöhen die Betriebssicherheit.
2 Die Auswahl zwischen kleineren und größeren Einzelgeräten in einer Kaskade hängt wesentlich vom Leistungsbedarf, den Platzverhältnissen, dem Installationsaufwand und Schallemissionsanforderungen ab.
3 Aufstellbarkeit und Schallemissionen sind bei vergleichbaren Wirkungsgraden heute häufig entscheidender als marginale Effizienzunterschiede zwischen Wärmepumpenmodellen.
4 Moderne R290-Wärmepumpen mit integrierten Sicherheitsfunktionen können stark reduzierte oder entfallende Schutzbereiche aufweisen und ermöglichen dadurch neue Aufstelloptionen.
5 Modulare Energy-Units erlauben die externe Platzierung kompletter Heizzentralen mit verkürzten Installationszeiten, geringem Platzbedarf im Gebäude und vereinfachter Wartung.
Bild: Schellhorn PR
Bild: Vaillant / Bernd Gabriel
Bild: Vaillant
Bild: Vaillant
Checkliste für die Auswahl der passenden Wärmepumpentechnologie
1. Systematische Einordnung von Wärmepumpentechnologien
Wärmepumpen lassen sich nach verschiedenen Kriterien unterscheiden:
a) Nach Wärmequelle
b) Nach Systemkonfiguration
c) Nach Betriebsweise
2. Bewertungskriterien für die Auswahl im Bestand
a) Gebäudestruktur und Sanierungsstand
b) Platzbedarf und bauliche Voraussetzungen
c) Wirtschaftlichkeit und Förderfähigkeit
3. Praktische Hilfestellungen für die technische Planung
4. Fazit
Die Auswahl der richtigen Wärmepumpentechnologie für die energetische Sanierung von Mehrfamilienhäusern im Bestand ist komplex, aber mit Blick auf neue Wärmepumpentechnologien sicher umsetzbar. In der technischen Planung sollte systematisch vorgegangen werden, und sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte sollten Berücksichtigung finden. Die Kombination aus fundierter Analyse, Nutzung verfügbarer Fördermittel und Berücksichtigung zukünftiger Entwicklungen ermöglicht eine nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Sanierung.
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