Investoren der Wohnungswirtschaft sollten über den Einsatz von Wärmepumpen für Luft, Wasser oder Erdwärme nachdenken. Ihre Wirtschaftlichkeit beweisen sie schon heute.
Hohe Nachfrage bei Wärmepumpen
Sowohl durch Politik als auch durch die aktuelle Gesetzgebung hat die Wärmepumpe wohl gelitten. Die positive Marktentwicklung bei der Wärmepumpe sei durch den Neubau und die verschärften Anforderungen der EnEV getrieben, schätzt Andreas Lücke, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes der Deutschen Heizungsindustrie (BDH). Diese Entwicklung setzte sich auch im ersten Quartal 2017 fort.
Das wird auch in Zukunft anhalten. Auch das SHK-Handwerk setzt verstärkt auf die Wärmepumpe. Das ermittelte eine Umfrage des Branchendienstes BauinfoConsult.
Wärmepumpen und erneuerbare Energien sind der Studie nach die stärksten Nachfragetrends in den kommenden drei Jahren. Knapp die Hälfte der SHK-Installateure erwartet besonders bei Wärmepumpen einen Nachfrageschub. Zum Vergleich: Lediglich jeder dritte Installateur vermutet bei Solarthermie einen Nachfrageschub und nur jeder sechste bei der Pelletheizung.
Das trifft auf eine weit verbreitete Stimmungslage in der Bevölkerung. Laut Stiebel Eltron Energie-Trendmonitor 2017 fordern zwei Drittel der Bundesbürger ein Ende der fossilen Brennstoffe im Heizungskeller. 76 Prozent würden auf grüne Energie wechseln, was natürlich im Wärmebereich wunderbar mit der Wärmepumpe geht. Biogas kommt dafür nicht infrage. Lediglich zwei Anbieter in Deutschland bieten reine Biogas-Verträge an. Die Ressourcen sind zu begrenzt. Zudem wurde es von der Politik, im Gegensatz zu Wind- und PV-Strom, ins Abseits gestellt, Stichwort: Tank-Teller-Diskussion oder Vermaisung der Landschaft.
Holz schwierig
Auch feste Biomasse, meist Holz, ist schwierig, weil hier die Nachhaltigkeit insbesondere durch Importe aus Osteuropa nicht immer gewährleistet ist. Die lokal höheren Emissionen bei Staub, Schwefel und Kohlenmonoxid sind ein weiteres Problem. Hinzu kommen rund 1.000 Verbrennungsverbote ausschließlich in ausgewiesenen Gebieten für den Wohnungsneubau, die zu großen Teilen auch Kaminöfen, die mit Holz betrieben werden, betreffen.
60 Prozent der Deutschen wünschen sich zudem eine gezielte staatliche Förderung für den Umstieg auf erneuerbare Energien. Auch das spricht für die Wärmepumpe. Wohnungswirtschaft und Vermieter sind also gut beraten, die weitverbreiteten Wünsche der Bevölkerung und folglich ihrer Mieter aufzugreifen.
Mit Luft, Wasser oder Erde
Dabei ist Wärmepumpe nicht gleich Wärmepumpe. Je nach Anwendungsbereich kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Im folgenden Video wird das sehr anschaulich erklärt. Video jetzt ansehen.
Luft-Wasser vorn
Luft-Wasser-Wärmepumpen sind am Markt beliebt. Das zeigen auch die Absatzzahlen. Der Grund ist ein einfacher: Luft als Wärmequelle lässt sich leichter erschließen als Erdwärme oder Grundwasser, auch wenn diese Systeme nicht ganz so effizient sind. Während Grundwasser und Erdwärme relativ konstante Temperaturen aufweisen, mit denen die Wärmepumpe gut arbeiten kann, schwankt die Lufttemperatur deutlich – sowohl jahreszeitlich als auch im Verlauf eines Tages.
Effiziente Geräte wie die des deutschen Qualitätsherstellers Stiebel Eltron kommen auf errechnete Jahresarbeitszahlen (JAZ) von über 3,5 – übrigens auch die Minimumgrenze, um in den Genuss staatlicher Fördergelder aus dem Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien (MAP) zu kommen. Sie machen also aus einer kWh Strom mithilfe der entsprechenden Umgebungswärme, hier eben der Energie aus der Luft, 3,5 oder mehr kWh Wärmenergie.
Im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser sind Wärmepumpen mit Heizleistungen bis 15 kW längst bewährt. Für die Wohnungswirtschaft interessant sind jedoch Großwärmepumpen. Stiebel Eltron etwa bietet in diesem Segment die Luft-Wasser-Wärmepumpenserie WPL 47/57 mit bis zu 30 kW Leistung oder die WPL AC-Serie mit bis zu 60 kW Heizleistung an. Die Geräte sind grundsätzlich kaskadierbar, das heißt, mehrere von ihnen können für höhere Leistungen zusammengeschlossen werden.
Grundwasser gut nutzbar
Die Erschließung von Grundwasser für die Wärmepumpe erfordert mindestens zwei Brunnen, einen Saug- und einen Schluckbrunnen. Die Grundwassertemperatur ist immer nahezu stabil. Zudem eignen sich das Grundwasser nutzende Wärmepumpen hervorragend für die Gebäudekühlung – unverzichtbar für Wohngebäude im gehobenen Segment. Voraussetzung für eine Grundwasser-Wärmepumpenanlage ist ausreichend vorhandenes Grundwasser in nutzbarer Qualität.
Erdreich sehr effizient
Ähnlich effizient ist die Nutzung von Erdwärme. Die entsprechende Technologie heißt Erdwärme- oder Sole-Wasser-Wärmepumpe. Für die Wohnungswirtschaft kommt aufgrund der Flächenproblematik der Einsatz von Flachkollektoren, die flächig auf einem Grundstück verlegt und nicht überbaut werden dürfen, nicht infrage. Hier sind Erdsonden, die in der Regel bis zu einer Tiefe von 100 Metern gebohrt werden, das Mittel der Wahl (siehe auch untenstehende Beispiele). Diese können auch überbaut werden, was eine effiziente Nutzung des Grundstücks ermöglicht.
Die investiven Kosten steigen dabei proportional zur Entnahmeleistung und sind maßgebend für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit. Pro Meter Erdsonde sinken sie jedoch um bis zu 10 Prozent im Vergleich zu Kleinwärmepumpen. Eine Gebäudekühlung ist auch hier realisierbar. Stiebel Eltron bietet in diesem Bereich etwa die Sole-Wasser-Wärmepumpe WPF 66 mit rund 60 kW Heizleistung an, die ebenfalls problemlos für höhere Leistungen kaskadierbar ist.
Trinkwarmwasser mit Wärmepumpe aufbereiten
Wärmepumpen sind in der Lage, nicht nur die Heizung, sondern auch die Erwärmung des Trinkwarmwassers zu übernehmen. Um einen hohen Komfort und eine hygienische Trinkwasser-Bereitung zu garantieren kann eine zentrale Erwärmung des Trinkwassers über normale Wärmepumpen in Verbindung mit einer Nacherwärmung erfolgen. Alternativ wäre die zentrale Erwärmung mittels Hochtemperaturwärmepumpen möglich. Besonders effizient ist jedoch eine zentrale Vorerwärmung mit der Wärmepumpe auf ein geringes Temperaturniveau und die Übergabe an das Trinkwasser dezentral in den Wohneinheiten mittels externer Wärmetauscher.
Hier einige Beispiele aus der Wohnungswirtschaft, wo erfolgreich und für die Mieter und Bewohner günstig mit Wärmepumpen geheizt und auch Warmwasser bereitet wird.
Wärmepumpenkaskade für neuen Gebäudekomplex
Im Zentrum von Leverkusen-Opladen entstand in zwei Jahren Bauzeit auf 10.000 Quadratmetern mit dem GBO-Haus ein Gebäudekomplex aus insgesamt acht Häusern mit 66 Wohn- und 16 Gewerbeeinheiten.
Der Gemeinnützige Bauverein Opladen, der hinter dem Projekt steht, setzte von Anfang an auf eine umweltfreundliche Heizungsvariante. Vier Erdwärmepumpen WPF 66 von Stiebel Eltron mit insgesamt rund 265 kW Heizleistung sorgen als Kaskade für wohlige Wärme. Dafür wurden 40 Bohrungen 100 Meter tief eingebracht. Im Sommer dient die Anlage gleichzeitig zur Kühlung des Gebäudekomplexes. Die dabei anfallende Abwärme wird in eine der beiden 1.500 Liter fassenden Pufferspeicher eingespeist und so sinnvoll genutzt.
Für Warmwasser sorgt zudem auf 50 Quadratmetern eine Solarabsorberanlage auf dem Dach, die auch zur Heizungsunterstützung herangezogen werden kann. Als Backup dient eine Gas-Brennwerttherme, die aber allein der Warmwasserbereitung dient. Mit dem modernen Konzept wurde auch bei der Vermarktung kräftig geworben. Und auch damit, dass die Heizkosten gegenüber vergleichbaren Objekten deutlich geringer sind. Die Mieter sind nach Aussage der GBO sehr zufrieden.
Klimaschutzsiedlung mit Wärmepumpen beheizt
In Greven wird ein Gebäudeensemble, das von den privaten Bauherren Elke Riestenpatt gt. Richter und Ulrich Riestenpatt errichtet wurde, mittels Wärmepumpen beheizt. Die Klimaschutzsiedlung „Östliche Emsterrassen“ nutzt dabei für 58 Mietwohnungen in vier Mehrfamilienhäusern drei große Erdreich-Wärmepumpen von Stiebel Eltron: zwei vom Typ WPF 52 und eine WPF 27 HT. Sie gewinnen Energie aus einem Erdsondenfeld unter der Tiefgarage mit 37 Bohrlöchern mit jeweils etwa 100 Meter Tiefe.
Der Clou ist die eigens für dieses Objekt entwickelte Regelungstechnik für das Zusammenspiel von PV-Anlage, für die 552 PV-Module mit einer Gesamtleistung von 135,25 kWp installiert wurden, und Wärmepumpen, sodass der eigene Sonnenstrom für die Heizung und Warmwasserbereitung direkt sorgt. Die Steuerung ermittelt stets das günstigste Betriebsverhalten – auch unter Einbeziehung von Wetterprognosen.
Eine weitere Besonderheit der Anlagenkonfiguration: Neben zwei Warmwasserspeichern SBB WP Sol mit je 1.000 Liter Inhalt und zwei Heizungs-Pufferspeichern SBP mit ebenfalls je 1.000 Liter Inhalt für die Anbindung des Heizverteilsystems wurden weitere zwei Pufferspeicher SBP mit noch einmal je 1.500 Liter Inhalt integriert. Sie werden von den Wärmepumpen dann beladen, wenn viel Sonnenstrom vorhanden ist. Dadurch wird möglichst viel selbst erzeugter Strom von der Wärmepumpenanlage genutzt – und die ohnehin hervorragende Umweltbilanz noch einmal verbessert.
Aus einer Kilowattstunde Strom generiert das Heizsystem mehr als vier Kilowattstunden Wärme, die in den Speichern bevorratet und dann zeitversetzt an die Gebäude abgegeben werden kann. Im Vergleich zu einem Gebäude mit konventioneller Heiztechnik werden pro Jahr 74 Tonnen klimaschädliches CO2 eingespart.
Erdreich als Energiequelle bei den Elbarkaden
Auf über 20.000 Quadratmetern entstanden in Hamburg in den Elbarkaden Wohnungen und Büroflächen sowie zahlreiche Einheiten für Gastronomie und Einzelhandel. Bauherr war die GOD/GLD, ein Gemeinschaftsunternehmen der PRIMUS developments GmbH und der DS-Bauconcept GmbH.
Das Gebäude sollte ursprünglich mit Fernwärme versorgt werden. Dies vertrug sich aber nicht mit dem Hauptmieter: Greenpeace Deutschland und Greenpeace Energy. Die Umweltschutzorganisation wollte an ihrem Sitz keine Energie von einem Energieversorger, der auch Kernkraftwerke betreibt.
Zwei Großwärmepumpen von Stiebel Eltron versorgen nun einen Teil des Komplexes mit erneuerbarer Energie aus dem Erdreich. Eine WPF 66 sowie eine WPF 27 HT und ein Pufferspeicher SBP 1500 E cool wurden dafür installiert. Über die Erdwärme wird der überwiegende Wärmebedarf gedeckt. Ein weiterer Vorteil der Geothermieanlage ist, dass mit diesem System die Räume auch temperiert werden können. Dabei wird dem Gebäude Wärmeenergie über die „Heizflächen“ entzogen. Die Kühlung verläuft also passiv: Das Heizungswasser gibt die Energie über einen Tauscher direkt an die Erdsonden ab. Insbesondere das dritte von drei Baufeldern ist für die Wohnungswirtschaft interessant. Hier entstanden die unterschiedlichsten Wohnungstypen von Wohn-Arbeits-Lofts bis zu klassischen Eigentumswohnungen. Der Primärenergieverbrauch liegt bei 89 kWh je m² und Jahr sowie 34 g C022 je kWh.
Einmalige Wohnqualität im ehemaligen Kloster
Im Aachener Stadtteil Laurensberg präsentiert sich mit den Raphaelhöfen Soers ein Gebäudeensemble mit 8.520 Quadratmeter Wohnfläche hinter denkmalgeschützten und neuen Fassaden. Für Wärme sorgt eine energiesparende Wärmepumpenanlage von Stiebel Eltron, die aus insgesamt sechs Sole-Wasser-Wärmepumpen vom Typ WPF 66 besteht. Bauherr des neuen Refugiums ist die Interboden-Gruppe aus Ratingen bei Düsseldorf, die rund 24 Millionen Euro investierte. Es entstanden 65 Wohnungen für alle gängigen Vermietungsgrößen.
Abwärme dort nutzen, wo sie anfällt
Eine besonders effiziente Variante ist die Nutzung von Abwärme via Wärmepumpe. Denn das hohe Temperaturniveau der Wärmequelle macht diese Variante besonders effizient. Dabei kann eine JAZ von 6 erreicht werden, wie das folgende Beispiel zeigt.
Abwasserleitung bedient 600-kW-Wärmepumpenkaskade
Bei einem Neubau mit 78 Wohnungen auf 5.300 Quadratmetern der EVM Berlin wurde eine 600-kW Wärmepumpenkaskade realisiert. Die Kaskade im Ortsteil Karlshorst aus sechs Großwärmepumpen WPF 66 von Stiebel Eltron als Herzstück der Heizungsanlage nutzt die Abwärme der öffentlichen Abwasserdruckleitung, die in der angrenzenden Straße verläuft.
Auf einer Länge von knapp 80 Metern wurde dafür ein Rohr-in-Rohr-System installiert. Das rund zwölf bis 20 Grad warme Abwasser wird durch das innere Rohr mit einem Durchmesser von 90 Zentimetern gedrückt. Im rund vier Zentimeter starken Zwischenraum zum Außenrohr – mit einem Durchmesser von also knapp 100 Zentimetern – zirkuliert Wasser als Übertragungsmedium für den Wärmetauscher. Das Abwasser wird dabei um maximal zwei Grad abgekühlt.
Die JAZ des Systems liegt über 6. Insgesamt spart die Anlage pro Jahr 35 Tonnen CO2 gegenüber einer herkömmlichen Gasheizung ein. Ein Blockheizkraftwerk ist für die Erhöhung der Vorlauftemperatur zuständig. Mit dem selbst erzeugten Strom wird teilweise die Wärmepumpenanlage betrieben.
Sorgfältige Planung nötig
Die Beispiele zeigen, dass bei einer sorgfältigen Planung große Heizungswärmepumpen gleich gute Ergebnisse wie Kleinwärmepumpen erzielen. Anlagenplaner nutzen dazu meist eine Vollkostenbetrachtung. Diese wiederum entscheidet über die Betriebsweise des Systems. Stiebel Eltron bietet für Planer unterstützende Unterlagen und erstellt diese individuell in der eigenen Planungsabteilung. Besonderes Augenmerk liegt auf den im Vergleich größeren Verlusten wie bei Nebenantrieben oder im Verteilsystem. Die Großwärmepumpen sollten zudem in die Gebäudeleittechnik eingebunden werden. Denn sie benötigt wesentlich komplexere Elektroinstallationen, die auch die Grundlage ist für die Einbindung und Kombination unterschiedlichster Verbraucher und weiterer Wärmeerzeuger.
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