Praxis der Wärmepumpen im Gebäudebestand

Wärmepumpen sollen bei der Dekarbonisierung des Gebäudesektors wesentliche Rollen spielen. Ihr Einsatz wird allerdings oft mit Neubau und Fußbodenheizung gleichgesetzt. Dabei können sie in Mehrfamilienhäusern im Bestand genauso zuverlässig eingesetzt werden. 

Um die Möglichkeiten der Wärmepumpe im Mehrfamilienhaus an praktischen Beispielen zu demonstrieren, hat die Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen im September 2023 zu einer Pressetour nach Hannover eingeladen. Auf dem Programm standen drei unterschiedliche Gebäude, die mit Wärmepumpen beheizt werden.

Basics zur Funktion der Wärmepumpe

Zu Beginn ein kurzer Exkurs zur Funktionsweise der Wärmepumpen. Die Technologie an sich ist sehr alt, ihre Geschichte reicht bis weit ins 19. Jahrhundert zurück. Schon seit Anfang des 20. Jahrhunderts wird sie zum Heizen eingesetzt. 

Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt die Wärme, nutzt also die Umgebungsluft, das Erdreich oder das Grundwasser. Sie erzeugt daraus nutzbare Wärme für die Heizung von Gebäuden und benötigt nur für einen Kompressor Strom.

Die Umweltwärme ist kostenlos verfügbar, sie muss nur einmal erschlossen werden. Für die Effizienz einer Wärmepumpe ist der Stromverbrauch für den Antrieb ihres Kompressors entscheidend. Eine hohe Effizienz wird bei einer möglichst geringen Temperaturdifferenz zwischen der aufgenommenen Umweltwärme und der abgegebenen Heizwärme erreicht.

Je nach Art der Umweltwärme und Höhe der Temperatur im Heizsystem kann die Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom, das Drei- bis Fünffache an Energie für die Heizung bereitstellen.

Blick auf die Praxis – Mehrfamilienhäuser mit Wärmepumpe im Bestand

Um diese Anwendung in der Praxis zu zeigen, bin ich der Einladung der Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen gefolgt und durfte in Hannover drei Häuser mit einer Wärmepumpenheizung besichtigen. Diese Häuser möchte ich in diesem Beitrag ausführlich vorstellen.

Objekt 1: Passivhäuser in der Nordstadt

In der Nordstadt wurden 2007/2008 zwei benachbarte Häuser mit 32 Wohneinheiten auf 2.100 Quadratmetern Nutzfläche auf Passivhaus-Niveau saniert. Damit haben sie nur noch einen sehr geringen Energiebedarf. Solche Sanierungen sind eher die Ausnahme. Entsprechend hoch ist die Miete, die am oberen Rand des Spektrums der ortsüblichen Vergleichsmiete liegt.

Der ursprüngliche Wärmebedarf beider Häuser lag bei 230 kWh pro Quadratmeter im Jahr, ein Passivhaus darf maximal 15 kWh pro Quadratmeter im Jahr verbrauchen.

Im gemeinsamen Heizraum sind zwei Wärmepumpen mit einer Leistung von 13 bzw. 18 kW eingebaut. Ursprünglich haben sie die Wärme des Grundwassers genutzt. Inzwischen wird mit drei Sonden die Erdwärme genutzt. 

Die Wohn- und Gewerbeeinheiten im Erd- und im Dachgeschoss sind mit einer Fußbodenheizung ausgestattet. Alle anderen Wohnungen haben Heizkörper. Die Warmwasserbereitung erfolgt in einem Haus über die Wärmepumpe und im anderen über elektrische Durchlauferhitzer.

Auf dem Dach der Gebäude befindet sich eine Photovoltaikanlage. Zum Zeitpunkt ihrer Errichtung war die Einspeisevergütung noch so attraktiv, dass der Strom komplett ins Netz eingespeist wird.

Objekt 2: Sanierung von Gebäuden einer Baugenossenschaft

Die Spar- und Bauverein eG hat seit 2022 zwei Wohngebäude aus dem Jahr 1961 in Hannover-Vahrenwald saniert und mit einer Wärmepumpe für die Heizung ausgestattet. Beide Häuser haben jeweils neun Wohneinheiten und eine Wohnfläche von je 580 Quadratmeter. 

Mit der Dämmung der Fassaden und der obersten Geschossdecke sowie mit neuen Fenstern wurde die Sanierung gestartet. Durch diese Maßnahmen konnte der Wärmeverbrauch von rund 115 kWh pro Quadratmeter im Jahr auf rechnerisch ca. 62 kWh pro Quadratmeter im Jahr reduziert werden. 

Beide Häuser werden jetzt mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beheizt, die in einem der Gebäude eingebaut ist. Das zweite Gebäude wird über eine Wärmeleitung durch den gemeinsamen Garten versorgt. Im Rahmen der Sanierung sind rund die Hälfte der Heizkörper getauscht worden, damit sie die Wohnungen auch mit der geringeren Vorlauftemperatur der Wärmepumpe ausreichend beheizen können.

Im Garten zwischen den Gebäuden steht ein doppelter, horizontaler Wärmetauscher als Außeneinheit zur Ansaugung der Außenluft. Durch diese Bauweise soll die Geräuschentwicklung gering gehalten werden. Die Wärmepumpe hat eine Leistung von 25 kW und wird mit zwei Pufferspeichern ergänzt. Sie versorgt die Wohnungen mit einer Vorlauftemperatur von 45 Grad. Das Warmwasser wird in den Wohnungsstationen über Wärmetauscher erwärmt, für höhere Temperaturen befindet sich in jeder Wohnung an der Übergabestation ein elektrischer Durchlauferhitzer.

Eine PV-Anlage auf dem Dach eines der Gebäude und ein Batteriespeicher unterstützen die Stromversorgung der Wärmepumpe. Dieser Solarstrom ist günstiger als Strom aus dem Netz und reduziert dadurch die Kosten der Mieter.

Trotz der aufwändigen Sanierung und der neuen Heizung ist es dem Spar- und Bauverein gelungen, den Anstieg der Kaltmiete auf 0,70 EUR pro Quadratmeter zu begrenzen. Zu Beginn der Maßnahme konnte der Bauherr noch die Unterstützung der KfW für die Sanierung zum Effizienzhaus 100 in Anspruch nehmen.

Objekt 3: Bürohaus der Heizungs-Handwerker

Interessant war an dem Tag auch das letzte Objekt, ein gemischtes Büro- und Wohnhaus. Es war das Gebäude des Fachverband Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Klempnertechnik (FVSHK) Niedersachsen aus dem Jahr 1962 mit einer Nutzfläche von 523 Quadratmetern. Der Fachverband hatte 2007 die alte Ölheizung gegen eine Wärmepumpenanlage getauscht. Zum Einsatz kommen zwei parallel geschaltete Wärmepumpen mit 13 und 16 kW Leistung. Ein Pufferspeicher mit 700 Liter sorgt für eine geringe Taktung der Wärmepumpen.

Die Wärmepumpen werden mit Erdwärme aus 3 Erdsonden mit jeweils einer Tiefe von 145 m versorgt. 

Im Haus sind, abgesehen vom neuen Seminarraum im Keller, überall Heizkörper installiert. Sie wurden beim Austausch der Heizung nicht verändert. Das Trinkwasser im Haus wird elektrisch erwärmt. 

Erkenntnisse der Beispiele aus der Praxis

Diese Pressefahrt sollte den Teilnehmenden zeigen, wo und unter welchen Voraussetzungen Wärmepumpen eingesetzt werden können. Alle konnten neue Erkenntnisse für ihre Leser mitnehmen:

• Der Betrieb von Wärmepumpen ist auch mit Heizkörpern möglich. Nicht in allen Fällen ist ein Austausch der vorhandenen Heizkörper erforderlich. Die Vorstellung, dass es nur mit der Fußbodenheizung geht, bleibt aber noch weit verbreitet.
• Wärmepumpen sind auch für die Heizung in Mehrfamilienhäusern und Bürogebäuden geeignet. Ihr Einsatz in diesen Gebäuden ist noch wenig verbreitet, aber genauso möglich wie in jedem Einfamilienhaus.
• Es muss nicht immer der Neubau sein. Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden zum Heizen eingesetzt werden.

Die Auswahl der Gebäude zeigt, dass es noch nicht viele sanierte Bestandsgebäude gibt. Ein Wohnhaus, das auf Passivhaus-Niveau saniert wird, ist nicht repräsentativ für die Sanierung von Altbauten. Die Gebäude der Genossenschaft sind eher ein passendes Beispiel, denn Gebäude dieser Art gibt es in Deutschland in großer Zahl.

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Handreichung zu Wärmepumpen im Gebäudebestand

Der Einsatz von Wärmepumpen im Gebäudebestand wird im Forschungsprojekt „LowEx im Bestand“ erforscht. Dazu haben sich das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das INATECH der Universität Freiburg gemeinsam mit der Wohnungswirtschaft, der Heizungs- und Lüftungsindustrie und Energieversorgern zusammengeschlossen.

Als besondere Herausforderungen in einem typischen Mehrfamilienhaus haben sich die hohen Vorlauftemperaturen, die Leistung des Wärmeerzeugers und die Lage in dicht bebauten Quartieren herausgestellt.

Als Fazit weist die Forschungsgruppe darauf hin, dass bei der Planung einer Heizung mit Wärmepumpe eine ganzheitliche Betrachtung des Gebäudes, inklusive der Hülle, Heizungstechnik, Warmwasserbereitung und -verteilung sowie der geplanten Sanierungsmaßnahmen wichtig ist.

Ihre Erfahrungen aus dem Projekt haben sie in einer Publikation für interessierte Planer und Eigentümer zusammengetragen.

dena Analyse zu Wärmepumpen im Gebäudesektor

Passend zu dieser Besichtigung von Wärmepumpen in der Praxis hat die Deutsche Energie-Agentur (dena) eine Analyse über den Stand der Wärmepumpen im Gebäudesektor veröffentlicht.

Ein breiter Einsatz der Wärmepumpen für die Heizung der Gebäude in Deutschland ist möglich. Dazu müssen aber noch einige Herausforderungen bewältigt werden, zum Beispiel

• der Ersatz von dezentralen Wärmeerzeugern in Mehrfamilienhäusern,
• ausreichende und gesicherte Förderung,
• natürliche und klimafreundliche Kältemittel,
• Minimierung von Geräuschemissionen,
• Netzdienlichkeit, Versorgungssicherheit
• und die Standardisierung zur schnelleren Montage.

Fazit

Der Einsatz moderner Wärmepumpen im Gebäudebestand ist ein wichtiger Bestandteil in der Dekarbonisierung des Gebäudesektors. Aber es besteht noch Aufklärungsbedarf bei Wohnungsgesellschaften und Immobilienunternehmen. Die Funktion und Arbeitsweise der Wärmeerzeugung mit Wärmepumpen muss noch umfangreicher erklärt und von Anwendern verstanden werden. Häufig fehlt das Wissen und Verständnis, dass eine Heizung die Wohnung oder das Büro auch ohne einen Verbrennungsprozess ausreichend erwärmt. 

Beispiele und Erfahrungen von Wohnungsunternehmen, die vorangehen, können demonstrieren, dass eine zuverlässige Wärmeversorgung mit Wärmepumpen möglich ist.

Damit wird auch klar, das Potenzial für einen effizienten und wirtschaftlichen Einsatz von Wärmepumpen im Gebäudebestand ist wesentlich größer, als viele vermuten.