Brauchwasser-Wärmepumpen im Einsatz

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Die Energiewende schreitet unaufhörlich voran: hatte Berlin zunächst die Optimierung der Gebäudedämmung und die Transformation der Heizung im Visier, rückt nun die Warmwasserbereitung in den Fokus. Sie macht etwa 25 % des Gesamtenergiebedarfs in Wohngebäuden aus und soll zukünftig völlig CO2-neutral realisiert werden. Dies wird mithilfe hocheffizienter Wärmepumpen geschehen.

Die Wärmepumpe – Eine runde Sache

Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem Naturgesetz, dass sich Materie bei Wärme ausdehnt und bei Kälte zusammenzieht. Wenn jener Vorgang in einem geschlossenen System erfolgt, wird der Umwelt Wärmeenergie entzogen oder zugeführt. Die Entdeckung gelang im 18. Jahrhundert, als der schottische Chemiker William Cullen Edelgase in einem Regelkreis komprimierte und anschließend durch Unterdruck zum Verdampfen anregte. Dem Reaktionsgefäß wurde hierbei Wärme entzogen. Noch heute arbeiten Kühlschränke mit dieser Methodik.

Erst viel später reifte die Erkenntnis, dass sich solche Apparaturen umgekehrt als Heizsystem einsetzen lassen, indem man die während der Kompression freigesetzte Wärme nutzt. Damit war die Idee der Wärmepumpe geboren. Sie entzieht der Umwelt Wärme, um verdichtetes Gas zu verdampfen. Die Energie kann direkt aus der Umgebungsluft, Gewässern, dem Grundwasser oder Erdreich gewonnen werden. Ein elektrisch betriebener Kompressor stellt den ursprünglichen Zustand wieder her und führt die gewonnene Wärme an die Heizung ab.

Technische Besonderheiten der Brauchwasserwärmepumpe

In der Regel wird im selben Zuge auch die Warmwasserbereitung gespeist. Dies lässt sich noch nicht immer realisieren, weil das System mitten im Wandel steckt – nach Teilsanierungen müssen Wärmepumpe und konventionelle Heizung neben- und miteinander arbeiten. Der CO2-neutrale Energieerzeuger dient dann ausschließlich zur Wassererwärmung.

In Anlehnung an die Automobilbranche sprechen Techniker in diesem Zusammenhang auch von der sogenannten Hybrid-Heizung. Die dabei zum Einsatz kommenden modernen Brauchwasserwärmepumpen beziehen ihre Energie aus der Raumluft. Sie werden zumeist im Keller installiert, weil die Temperatur dort im Tagesrhythmus nur unwesentlich schwankt. Per Ventilator saugen sie Luft an und heizen damit einen Wärmespeicher auf bis zu 65 °C auf. Zur Orientierung: Für einen 5-Personen-Haushalt ist ein Tank mit dem Fassungsvermögen von 300 l Wasser angemessen. Die Abluft wird in kühler und entfeuchteter Form zurück in den Raum geblasen, sodass man hier eigentlich von einer Umluft-Wärmepumpe sprechen muss.

Im deutschsprachigen Raum hat sich das hessische Familienunternehmen Viessmann für Wärmepumpen als Marktführer positioniert. Seit 2018 hat es Konkurrenz durch den japanischen Elektrogiganten Panasonic und dessen Aquarea-Wärmepumpen erfahren. Beiden Herstellern ist gemein, dass sie ihre Geräte sehr kompakt konstruieren, sodass Kompressor, Ventilator und Umwälzpumpe steckerfertig verdrahtet sind. Man muss die Brauchwasserwärmepumpe also nur ans Stromnetz und die Wasser-Versorgung anschließen.

Als Alternative dazu haben sich Brauchwasserwärmepumpen etabliert, die die Luft im gesamten Gebäude ansaugen und nach der Warmwasserbereitung ins Freie blasen. Mithilfe jener Bauweise wird kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) erzielt, die in Niedrigenergiehäusern notwendig ist, da die luftdichte Gebäudehülle dort keinen Luftwechsel mehr zulässt. Das war zu Beginn der Energiewende nicht bedacht worden, weshalb vielerorts Beschwerden über kondensiertes Wasser an den Wänden und der damit einhergehenden Schimmelproblematik laut wurden.

Vor- und Nachteile von Brauchwasserwärmepumpen

Vereinfacht gesagt, ersetzen die Wärmepumpen also den elektrischen Boiler und alte Lüftungsanlagen. Weil sie 75 % Prozent ihrer Energie aus der Umwelt gewinnen, ist hiermit eine erhebliche Einsparung beim Stromverbrauch verbunden, zumal die Versorgungsunternehmen spezielle Ökostrom- oder Wärmepumpen-Tarife mit vergünstigten Konditionen anbieten. Darüber hinaus gehen mit der grünen Warmwasserbereitung folgende Vorteile einher:

• Vielseitigkeit: Die Brauchwasserwärmepumpe lässt sich mit Öl-, Gas- und Holzkesseln, also mit jedem konventionellen Heizsystem kombinieren.
• Energieeffizienz: Vor allem im Heizungskeller sammelt sich reichlich Abwärme an, nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mithilfe von Rückgewinnungseinrichtungen nutzbar gemacht werden muss. Dies erreicht man sehr kostengünstig, wenn man eine konventionelle Heizung um eine Brauchwasserwärmepumpe ergänzt.
• Ausbaufähigkeit: Der Einstieg ins postfossile Zeitalter bereitet vielen Hausbesitzern in finanzieller Hinsicht Sorge. So ist der anhaltende Bauboom nicht zuletzt dem Umstand geschuldet, dass Neubauten mit Solartechnik und Wärmepumpen häufig geringere Kosten als umfassende Nachrüstungen verursachen. Wer den regenerativen Wärmeerzeuger zunächst nur für den Warmwasser-Bedarf einsetzt, verteilt die Belastung über einen längeren Zeitraum. Die Software der Brauchwasserwärmepumpen wird ständig aktualisiert, sodass die spätere Anbindung an eine Solaranlage kein Problem darstellt.
  
• Wertsteigerung der Immobilie: Makler müssen den Energieausweis in Immobilieninseraten seit 2021 zwingend vorlegen. Er gibt Auskunft über den Primärenergiebedarf des Hauses, welcher den Fortschritt bei der Umrüstung auf erneuerbare Energieträger dokumentiert. Jedem Erzeuger wird ein bestimmter Faktor zugeordnet. Je niedriger der Gesamtwert, umso geringer ist der Sanierungsbedarf. Das nachwachsende Naturprodukt Holz (0,2) ist den fossilen Brennstoffen Gas (1,1) und Braunkohle (1,2) bereits deutlich überlegen. Wer den Warmwasser-Bedarf noch per strombetriebenen Boiler (1,8) sicherstellt, hat im Vergleich zu Brauchwasserwärmepumpen (0,0) das Nachsehen.

Auf der anderen Seite der Medaille sticht zunächst der Umstand hervor, dass die Wassererwärmung aufgrund des niedrigen Temperaturhubs recht langsam erfolgt. Wenn dann morgens mehrere Familienmitglieder heiß duschen und zeitgleich auch noch warmes Wasser für die Waschmaschine benötigt wird, stößt die Brauchwasserwärmepumpe schnell an ihre Kapazitätsgrenze.

Die meisten Modelle sind daher noch mit elektrischen Heizstäben zur Schnellerwärmung ausgestattet. Dies geht natürlich zulasten der CO2-Bilanz der Brauchwasserwärmepumpen und erhöht die Fixkosten. Mittelfristig ist Besserung in Sicht, weil die Technik stetig voranschreitet. So erhitzt die neuste Brauchwasserwärmepumpen-Generation von Viessmann das Wasser im Speicher bereits bis auf 70 °C.

Photovoltaik-Partner und Innovationstreiber

Die Dezentralisierung der Energieerzeugung verlangt den Bürgern mehr Eigenverantwortung und technisches Verständnis ab. Ob die Energiewende gelingt, hängt in erster Linie davon ab, inwiefern die Verbraucher das Zusammenspiel von Wärmepumpe und Photovoltaik optimal einzusetzen wissen. Hierzu gilt es zunächst zu bedenken, dass der Solarstrom erst mit der Sektorenkopplung entscheidende wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Dieser Begriff bezieht sich auf den Trend zur Elektromobilität – Solarenergie soll im Endeffekt Haus und Auto speisen.

Um kostspielige Nachrüstungen zu vermeiden, ist es daher nicht ratsam, das Heizsystem, den Warmwasser-Bedarf und die Stromversorgung vollständig auf erneuerbare Energieträger umzustellen, solange die Transformation noch nicht abgeschlossen ist. Die Brauchwasserwärmepumpe ist zurzeit ein guter Ansatz, um den Kompromiss zwischen althergebrachter und zukunftsträchtiger Technik zu moderieren.

Dies funktioniert sogar im Mehrfamilienhaus sowie bei Gewerbe- und Büroobjekten: Zentrale Lüftungslösungen wie im Niedrigenergiehaus sind hier Standard. Die Tecalor GmbH (Tochterunternehmen von Stiebel Eltron) tut sich in diesem Bereich mit besonders leistungsstarken Luft-Wasser-Wärmepumpen jenseits der 250-kW-Marke hervor. Sie bedienen Heizung und Warmwasser gleichzeitig, um im Nebeneffekt zur klimaschonenden Gebäudekühlung beizutragen. Die hierbei gewonnen Erkenntnisse fließen in Leuchtturmprojekte wie die 24-MW-Wärmepumpe in Stuttgart ein, die EnBW zurzeit errichten lässt.