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Der Wärmepumpen-Einsatz in Deutschland ist noch selten, dabei sind rund drei Millionen alter Heizungen zu modernisieren. Grund für die Zurückhaltung ist die bei alten Gebäuden gegenüber Neubauten benötigte höhere Vorlauftemperatur. Konventionelle Kompressions-Wärmepumpen liefern mit den üblichen Kältemitteln (wie R 407 C, R 404 A usw.) Vorlauftemperaturen bis höchstens 55° C. Das ist für übliche Radiatoren in Altbauten zu gering, um Räume genügend zu erwärmen und somit ist der Wärmepumpen-Einsatz nicht möglich.

Zwei Kreisprozesse erlauben aber neuerdings den wirtschaftlichen Einsatz von Kompressions-Wärmepumpen auch in der Heizungsmodernisierung. Beide verwenden die üblichen Kältemittel und erreichen Temperaturen über 55° C sowie gute Leistungszahlen. Diese Techniken ermöglichen den Wärmepumpen-Einsatz in Altbauten.

Kaskadenschaltung

Die Kaskadenschaltung ist eine der beiden Varianten für den Wärmepumpen-Einsatz mit hohen Vorlauftemperaturen. Dabei schaltet man zwei Wärmepumpenkreisläufe in einem Aggregat hintereinander, in dem man sie durch einen Wärmetauscher thermisch miteinander verbindet. Dieser zentrale Wärmetauscher hat gleichzeitig zwei Funktionen: Er ist der Verflüssiger der ersten und der Verdampfer der zweiten Stufe. So erfolgt eine Wärmeabgabe zum Heizsystem über die erste und eine zweite Stufe, wobei die Kreisläufe andere Kältemittel verwenden. Eine solche Anordnung erfordert dauerhaften Betrieb, da nur auf der zweiten Stufe Wärme an die Heizung abgegeben werden kann.

EVI-Zyklus

Der EVI-Zyklus ist die zweite Möglichkeit für den Wärmepumpen-Einsatz in Altbauten. Mit dem EVI-Zyklus (engl. Enhanced Vapour Injection), dem technischen Verfahren der Dampfeinspritzung, können die benötigten Vorlauftemperaturen über 55° C auch mit dem Kältemittel R 407 C erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Kältemittels über ein Ventil abgeführt, entspannt und über einen Zusatzwärmetauscher zum Verdichter geführt. So wird eine Überhitzung des Kältemittels vermieden.

Die Dampfeinspritzung bei einer Wärmepumpe mit EVI-Zyklus setzt erst bei hohen Wärmeanforderungen bis 65° C ein. Durch die Einspritzung werden die Leistung und damit auch die Leistungszahl erhöht. Die vom Verdichter benötigte elektrische Energie ist beim EVI-Prozess erheblich geringer als für einen vergleichbaren Verdichter ohne Dampfeinspritzung.

Der EVI-Prozess ist besonders bei Luft/Wasser-Wärmepumpen effektiv. Auch bei -15° C ist eine Vorlauftemperatur von 65°C zu erreichen.

Erweiterter Wärmepumpen-Einsatzbereich

Mit der Möglichkeit, höhere Vorlauftemperaturen zu erreichen, können Wärmepumpen auch bei der Modernisierung eingesetzt werden. Vielfach wurden in älteren Gebäuden beispielsweise Heizkörper großzügig ausgelegt. Isolierglasfenster wurden eingebaut und Wärmedämmungen eingerichtet - diese Maßnahmen haben den Bedarf an Heizwärme spürbar gesenkt.

Sollten also in älteren Bauten die ursprünglichen Heizflächen beibehalten werden, so sind hohe Vorlauftemperaturen bis zu 90°C nicht mehr erforderlich und können ohne Einbußen häufig auf 65°C gesenkt werden. So kann etwa eine Wärmepumpe mit EVI-Zyklus auch bei Systemen mit einem 90/70°C-Niveau über das ganze Jahr hinweg für die nötige Wärme sorgen. Moderne Wärmepumpen erreichen dabei Jahreszahlen von 3 im monovalenten Betrieb für Heizung und Trinkwasserbereitung. Auch "Natural Cooling" ist bei diesen Anlagen möglich.

Beide Verfahren sind technisch ausgereift und stehen für den Wärmepumpen-Einsatz im Sanierungsbereich bereit.

Niedrigenergiehäuser

Die steigenden Anforderungen an den Baustandard und der Trend zur wohnraumnahen Installation der Heiztechnik haben den Typ der monovalenten oder monoenergetisch betriebenen Wärmepumpe hervorgebracht. Es sind komplette Systemlösungen, die eine elektrisch betriebene Kompressions-Wärmepumpe, Speicher-Wassererwärmer und weitere Komponenten integrieren, nicht größer als eine Kühl-Gefrier-Kombination.

Passivhäuser

Auch für die besonderen Anforderungen in Passivhäusern befinden sich solche Systemlösungen auf dem Markt, die einen Wärmepumpen-Einsatz ermöglichen. Passivhäuser benötigen immer eine kontrollierte Wohnungslüftung. Deshalb wird in Kompaktgeräten eine Abluft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Anlage zur kontrollierten Wohnungslüftung kombiniert. Die Wärmepumpe nutzt die Wärme in der Abluft, die bei der Wärmerückgewinnung durch die Lüftung nicht verwertet wurde. Dieser Anteil wird zur Nacherwärmung der Zuluft oder zur Trinkwassererwärmung verwendet.

Eine angeschlossene Solaranlage kann die Trinkwassererwärmung unterstützen und eine konventionelle Pumpen-Warmwasserheizung, z. B. für eine Fußbodenheizung, lässt sich ebenfalls anschließen. Passivhaus-Kompaktgeräte können eine beheizte Fläche von max. 120 Quadratmeter - oder ein Volumen von rund 400 Kubikmeter - versorgen. Bei höherem Heizbedarf sind Kompaktgeräte mit einem zusätzlichen Aussenluftstrom für die Wärmepumpe vorhanden. Diese können auch ein gutes Niedrigenergiehaus komplett versorgen. Die kompakte Bauweise dieser Geräte lässt sich auf etwa drei Quadratmetern unterbringen - eingeschlossen sind hier zudem angeschlossene Kanäle des Lüftungssystems. Vorteilhaft sind diese Systeme auch deshalb, weil sie die Installation von Wärmepumpe und Speicher-Wassererwärmer in einem Arbeitsgang möglich machen.

Große Gebäude

In Deutschland wurde der größte Teil der Wärmepumpen seit Beginn der 90-er Jahre mit kleinerer Leistung in Ein- und Zweifamilienwohnhäusern installiert. Dabei ist der Wärmepumpen-Einsatz auch bei größeren Anforderungen realisierbar. Als einziger Wärmeerzeuger liefern diese Aggregate ganzjährig die Wärme für die Heizung und Trinkwasserbereitung von Verwaltungs- und Industriegebäuden, Hotels, Krankenhäusern, Schulen und Mehrfamilienwohnhäusern.

Größere Gebäude benötigen mittelgroße Wärmepumpen mit Leistungen zwischen ca. 20 und 200 kW. In Deutschland zählen allerdings schon Wärmepumpen mit 20 kW zu den Wärmepumpen mittlerer Größe - die Ursache dafür ist wahrscheinlich die geringe Verbreitung.

In der Schweiz dagegen gilt als untere Grenze 50 kW für mittelgroße Wärmepumpen, in Schweden etwa spricht man erst ab der Leistung von 100 kW von einer mittelgroßen Wärmepumpen. Allerdings sind in diesen Ländern eine Reihe von Groß-Wärmepumpen in Betrieb, die im Megawatt-Bereich arbeiten.

Der Wärmepumpen-Einsatz in großen Gebäuden wird in Zukunft nicht mehr die Ausnahme sein.