![Logo [WÄRME+]](fileadmin/template/graphic/default/waerme_plus.gif "[WÄRME+] Starke Partner für Haus-Wärmetechnik"){kind=small}
"Versorgung eines Mehrfamilienhauses im Bestand mit einer Wärmepumpe"
Aufgrund der ständig steigenden Energiekosten fasste die Hausverwaltung eines Wohnblocks den Beschluss, die Heizkosten durch den Umstieg auf eine Erdwärmepumpe auf eine langfristig kalkulierbare Ebene zu bringen.
Das betreffende Objekt hat eine Gesamtheizfläche von 700 m², welche sich auf 8 Wohneinheiten in einem kompakten Gebäude mit dem Baujahr 1982 verteilen. Die letzten Isolierungsmaßnahmen liegen einige Jahre zurück, es sind aber weitere Maßnahmen als Einzelprojekte der jeweiligen Mieter im Bereich der Fenster durch Neuverglasung oder Reparatur einiger Rolläden geplant.
Günstig für die Planung einer Erdwärmepumpenheizung war die umfangreiche Größe des Grundstücksanteils, welcher als Grünanlage, bzw. als asphaltierte Garageneinfahrtsfläche zur Verfügung stand. Diese Fläche von ca. 1.800 m² stand mit nur geringen Abzügen für die elektrischen Versorgungsleitungen und Wasser-/ Abwasserversorgungsrohre für die Energiegewinnung zur Verfügung. Ein Flächenkollektorsystem wurde vom Kunden nicht gewünscht, um das Grundstück später möglichst variabel weiternutzen zu können.
Die Heizungsanlage basiert auf einer Ölheizung neueren Baujahrs, welche mit einem Radiatorensystem mit Flachheizkörpern, üblicherweise Typ 22, in den Badezimmern ergänzt durch eine Fussbodennacherwärmung im Rücklauf des Heizkörpers, verbunden ist. Die Warmwassererzeugung erfolgt dezentral in jeder Wohnung durch Durchlauferhitzer. Diese Lösung soll auf Wunsch des Kunden beibehalten werden.
Lösungssuche - monovalent oder bivalent?
Gesucht wurde eine wirtschaftliche Lösung zur Bereitstellung von Heizwärme. Hierfür ergaben sich zwei Möglichkeiten: einerseits eine Lösung, die allein auf geothermischer Wärmepumpentechnik basiert (monovalente Lösung), andererseits das Einbinden einer Wärmepumpe zusätzlich zur bestehenden Ölbrenner-Anlage (bivalente Lösung). Beide Möglichkeiten haben ihre Vorzüge, welche sich sowohl im energetischen, wie auch finanziellen Bereich finden lassen. Eine monovalente Lösung bietet die günstigsten laufenden Kosten, da auf das pro erzeugter Megawattstunde Wärme deutlich teurere Heizöl komplett verzichtet werden kann, dieser Vorteil allerdings durch eine erhöhte Investitionssumme erkauft wird. Wieterhin musste geprüft werden, ob die benötigten Vorlauftemperaturen allein durch eine Wärmepumpe wirtschaftlich erzeugt werden können. Die bivalente Lösung durch Zuschaltung einer Wärmepumpenheizung zur bestehenden Wärmeerzeugung bietet den Vorteil, daß die Investition kleiner gewählt werden kann, problemlos höhere Vorlauftemperaturen durch die Erzeugung der Grundwärme mit der Wärmepumpe bis auf ca. 40-45°C und Nachheizen durch die Verbrennungsheizung bis auf gewünschte Vorlauftemperaturen von 70-90°C erreicht werden können, dafür aber die laufenden Kosten durch höhere Brennstoffkosten und eine komplexer zu wartende Regelung, sowie die Kosten für Schornstein- und Brennerpflege doch deutlich in die Höhe getrieben werden.
Monovalent nur bei geringer Vorlauftemperatur
- Abbildung 1: Wärmepumpe im Heizungsraum (Quelle: Stoltenberg Energie GmbH)
Nach einer Begehung und folgender Wärmebedarfsbestimmung stellte sich heraus, dass die erforderlichen Vorlauftemperaturen bei winterlichen Aussentemperaturen im Bereich von 45-50°C liegen werden, so dass die Jahresarbeitszahl, also der Anteil der benötigten Stromleistung im Verhältnis zur erzeugten Wärmeleistung in einem Bereich von ca. 4,0 liegen wird. Eine Prognose dieser Art basiert auf ermittelten Wärmebedürfnissen der geheizten Räume und ihrer Heizkörper, sowie witterungsbedingten Durchschnittswerten und kann im Einzelfall deutlich abweichen, wenn z.B. die Wohnraumtemperaturen durch einzelne Mieter erheblich über den typischen 20 bis 21°C liegen oder andere Einflüsse sich bemerkbar machen, die die geplanten Vorlauftemperaturen deutlich höher treiben würden.
Aufgrund dieser Erkenntnis wurde eine Lösung mit einer Wärmepumpe im monovalenten Betrieb gewählt. Die komplette Heizleistung wird aus der Erdwärme und der Kompressorleistung gewonnen, auf einen eventuell einbaubaren Heizstab auf der Basis einer elektrischen Widerstandsheizung wird aufgrund der zu erwartenden hohen Stromkosten komplett verzichtet. Als Heizleistung wurden 42 kW inklusive Nachtstromabschaltungen bestimmt, so daß eine Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 46,7 kW (B0/W35), bzw. 43,8 kW (B0/W50) als erforderlich angesehen wurde (Abbildung 1).
Geologie und Bohrungen
- Abbildung 2: Die Erdsonden werden im Verteiler und Sammler im Schacht zusammengeführt (Quelle: Stoltenberg Energie GmbH)
Nach geologischen Gutachten konnte dem Untergrund insgesamt eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, verbunden mit erhöhtem Grundwasserstrom bescheinigt werden, so daß eine durchschnittliche Wärmeentzugsleistung von 59 W/m bei einer Nutzungsdauer von 2.000 Heizstunden pro Jahr (keine Warmwassererwärmung) erzielt werden kann. Es ergeben sich damit knapp 600 m Erdsondenlänge, die sich auf 6 Bohrungen zu jeweils 100 m verteilen. Diese Bohrungen wurden in einer Entfernung von ca. 25 m zum Heizraum im Grünstreifen neben der Garagenzufahrt gebohrt, wobei ein Abstand von 6 m zwischen den Bohrungen eingehalten wurde.
Die Erdsonden in Doppel-U-Bauform (DN 32) wurden daraufhin in einem Schacht an einem Sammler im Rücklauf, bzw. einem Verteiler im Vorlauf (gesehen vom Wärmeerzeuger, entsprechend der Wärmepumpe) mit jeweils 12 Anschlüssen DN 32 und einem Zu- bzw. Abstrom im Format 2½’’ angeschlossen (Abbildung 2). Dieser Schacht wurde möglichst dicht an den Bohrungen positioniert, um überflüssige Rohrmeter im Format DN 32 bis zum Schacht zu vermeiden. Auf diese Weise konnte der größte Teil des Abstandes bis zum Heizraum mit einer einfachen Doppelrohrleitung im Maße 2½’’ überbrückt werden.
Installation der Wärmepumpe
Im Heizraum selbst wurde die Wärmepumpe über Entlüfter, Solepumpe und Ausdehnungsgefäß an die Solezu- und Soleableitung angeschlossen. Die Wärmepumpe wurde mit einem Pufferspeicher von 500 Liter Inhalt verbunden, dessen Zweck es ist, Wärme zwischenzuspeichern, sollte die Wärmepumpe durch den Energieversorger im Zuge der Nachtstromschaltung abzuschalten. Dieser wiederum ist mit dem Heizkreis verbunden. Für den elektrischen Anschluss war es notwendig, den Sicherungskasten mit 3 Sicherungsautomaten für Ströme bis zu 63 A zu versehen, um den zu erwartenden Anlaufstrom von 56 A abgeben zu können. Ohne eine integrierte Sanftanläuferschaltung würden diese Werte noch deutlich höher liegen. Weiterhin wurde ein neuer Zweitarifstromzähler speziell für die Wärmepumpe installiert, so daß ein möglichst günstiger Stromtarif genutzt werden kann.
Nutzen eines Pufferspeichers
Ein Pufferspeicher spielt eine wichtige Rolle für die Wärmepumpe, um übermässiges Takten zu verhindern. Wird die Wärmepumpe zu häufig ein- und wieder ausgeschaltet, weil sie die Heizwassermenge z.B. im Frühjahr sehr schnell auf Soll-Temperatur gebracht hat, so nehmen die eingebauten Kompressoren (in einer Maschine dieser Baugröße sind zwei Kompressoren installiert) im Laufe der Zeit Schaden. Daher muss eine kurzfristige Wärmeanforderung durch ein Speichersystem aufgefangen werden. Falls das Heizungssystem auf einem Fussbodenheizungssystem basiert, so ist technisch kein Pufferspeicher mehr notwendig, da die Trägheit einer Fussbodenheizung auf der großen Massen an Estrich basiert, die auf die Heizwassertemperatur aufgewärmt wurde und nur sehr langsam auskühlt.
Abschluss der Arbeiten
Auf diese Weise konnte eine Beheizung allein durch eine Wärmepumpe realisiert werden. Es musste nun nur noch den Nutzern das Heizverhalten bei niedrigeren Vorlauftemperaturen als bisher gewohnt nahegebracht werden: So macht es z.B. Sinn, die Heizkörper in jedem Daueraufenthaltsraum (Wohnzimmer, Arbeitszimmer), bzw. im Badezimmerbereich vollständig zu öffnen, um einen maximalen Volumenstromdurchsatz zu erreichen. Die weiteren Räume wie Schlafzimmer, Flur oder Küche sind entsprechend dem persönlichen Wärmebedarfsgefühl weiter zuzudrehen, so daß eine sinnvolle Raumtemperaturabstufung erreicht werden kann. Weiterhin ist auf das Zudrehen beim kurzzeitigen Verlassen des Raumes oder der Wohnung zu verzichten, da durch die niedrigeren Vorlauftemperaturen mehr Zeit zum Aufheizen des Raumes benötigt wird, daher also kurzzeitiges Abdrehen des Heizwasserstromes deutlich nachteilige Wirkung auf die Raumerwärmung selbst hat. Dieser Umdenkvorgang ist nach Erfahrung des Verfassers typisch und erfordert durchaus etwas Gewöhnungszeit und Überredung, liegt aber im Interesse aller Beteiligten, da sich durch angepasstes Heizverhalten das maximale Potenzial einer Wärmepumpe entfalten kann.
Quelle: Bautechnik - Iver Schulte
[Erdwärme und Wärmepumpen] [Tiefe Geothermie] [Unternehmen] [Referenzen] [Info]
