Optimale Planung und Inbetriebnahme hybrider Heizsysteme: Tipps vom Experten

Komplexe Heizsysteme verlangen Präzision in Planung und Ausführung und bereits kleine Fehler wirken sich auf die Effizienz aus. Kai Binder, Systemplaner bei Ritter Energie, erläutert im ­Gespräch, welche Daten und Prozesse für eine optimale Auslegung maßgeblich sind und wie das perfekte Zusammenspiel aller Komponenten gelingt. Dabei wird deutlich, dass die eigentliche Feinarbeit erst mit der Inbetriebnahme beginnt.

Herr Binder, als Experte für technische  ­Systemplanung können Sie be­urteilen, welche Dimensionen eine Wärmeversorgung erfordert. Dabei ist aber nicht allein die Heizlastberechnung entscheidend, richtig?

Kai Binder: Sie ist auf jeden Fall die wichtigste Grundlage. Für eine Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 benötigt man die wesentlichen Gebäudedaten, also Grundrisse, Schnitte und Informationen zu den wärmeübertragenden Bauteilen. Besonders wichtig sind die U-Werte von Wänden, Fenstern, Dach und Bodenplatte. Darüber hinaus ist das bestehende Wärmeverteilsystem zu betrachten. Bei vorhandenen Heizkörpern sind deren Abmessungen und Leistungsdaten wichtig. Nur so lässt sich beurteilen, ob mit den geplanten Systemtemperaturen ausreichend Wärme bereitgestellt werden kann. Bei hybriden Energiesystemen kommen weitere Parameter hinzu. Hier sind die verfügbaren Dachflächen, ihre Ausrichtung und Neigung sowie mögliche Verschattungen zu erfassen. Außerdem sind Informationen über den Stromverbrauch und den Warmwasserbedarf des Gebäudes wichtig.

Wie erfolgt die Analyse der vorhandenen ­Situation? Was ist hierfür konkret erforderlich?

Die eigentliche Analyse findet immer am Objekt statt. Im Bestand erfolgt sie durch eine Vor-Ort-Aufnahme und bei Neubauten kann man auf Planungsunterlagen des Architekten zurückgreifen. Zentral ist die Heizlastberechnung. Sie bildet die Grundlage für die Dimensionierung der Anlage. Zusätzlich ist die Anzahl der Bewohner zu berücksichtigen, die auch Einfluss auf die Auslegung der Warmwasserbereitung über eine Frischwasserstation oder einen Warmwasserspeicher hat. Bei hybriden Systemen ist eine energetische Gesamtbetrachtung des Gebäudes notwendig. Dabei werden die erwarteten PV-Erträge, die solaren Deckungsanteile einer Solarthermieanlage sowie die Speicherkapazitäten analysiert.

Werden bei der Datenerfassung auch digitale Werkzeuge bzw. Planungssoftware eingesetzt?

Ja, richtig. Für die Datenerfassung stehen heute verschiedene digitale Werkzeuge zur Verfügung. Besonders hilfreich sind Systeme zur digitalen Raumaufnahme, die häufig mit 360-Grad-Kameras kombiniert werden. Dadurch lassen sich Bestandsgebäude effizient dokumentieren und die erforderlichen Daten erfassen. Moderne Planungssoftware ermöglicht die Simulation von Strom- und Wärmeflüssen über das Jahr. Somit kann bereits in der Planungsphase untersucht werden, wieviel PV-Strom direkt für die Wärmepumpe genutzt werden kann, wie häufig der Pufferspeicher als thermischer Energiespeicher eingesetzt wird und welche Einsparungen gegenüber konventionellen Systemen zu erwarten sind.

Welche Vorbereitungsmaßnahmen auf Seiten des Bauherrn sind in der Praxis üblicherweise notwendig, und welche unterschiedlichen Gewerke müssen bei der Umsetzung eines Projekts koordiniert werden?

Das hängt natürlich vom jeweiligen Projekt ab. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen müssen beispielsweise häufig Fundamente für die Außeneinheit erstellt werden. Viele Heizungsbaubetriebe übernehmen solche Erd- und Fundamentarbeiten nicht selbst. In diesen Fällen wird ein Garten- und Landschaftsbauer eingebunden. Bei hybriden Systemen sind oft zusätzliche Arbeiten zu berücksichtigen. Dazu zählen Dacharbeiten für die Installation von PV-Modulen oder Solarthermie-Kollektoren, Leitungswege zwischen Dach und Technikraum sowie ausreichend Platz für Speichertechnik. Insbesondere Pufferspeicher und größere Warmwasserspeicher benötigen entsprechende Aufstellflächen. Bereits in der Planungsphase müssen Transportwege, Raumhöhen und Traglasten geprüft werden.

In welcher Reihenfolge sollte die Umsetzung erfolgen, um möglichst effizient vorzugehen?

Am Anfang steht immer die ganzheitliche Systemplanung. Dabei werden Wärmepumpe, Wärmeverteilung, PV-Anlage, Solarthermie, Speichertechnik und Regelung gemeinsam betrachtet. Nicht zu vergessen ist die rechtzeitige Beantragung möglicher Fördermittel, da diese vor Beginn der Arbeiten erfolgen muss. Nach den vorbereitenden Arbeiten kommt die Montage der jeweiligen Hauptkomponenten, also von Pelletkessel oder Wärmepumpe, Speicher, Solar­thermie- und PV-Anlage. Dabei ist es nicht notwendig, alles auf einmal zu installieren. Wer möchte, kann Solar auch später noch nachrüsten, Eigentümer sind da flexibel. Wichtig ist, dass abschließend alles korrekt in die Regelung bzw. das Energiemanagement eingebunden wird. So wird eine optimale Anlageneffizienz sichergestellt.

Wo liegen die größten Herausforderungen bei der Umsetzung der Planung in die Praxis?

Die größte Herausforderung besteht heute häufig nicht mehr in der einzelnen Komponente, sondern in ihrem Zusammenspiel. Neben der korrekten Auslegung der Wärmequellen und Vorlauftemperaturen müssen Speichergrößen, Lade- und Entladestrategien sowie die Priorisierung unterschiedlicher Energiequellen definiert werden. Auch eine falsch dimensionierte Speicherlösung kann die Effizienz eines ansonsten optimal ausgelegten Systems erheblich reduzieren. Diese Aspekte sind sorgfältig zu prüfen, damit die Anlage später im optimalen Effizienzbereich arbeitet.

Wie wird anschließend die Funktionsfähigkeit des Systems überprüft? Gibt es definierte ­Zwischen- oder Endkontrollen?

Die erste wesentliche Prüfung erfolgt direkt bei der Inbetriebnahme. Dabei werden sämtliche Betriebsparameter kontrolliert und die Kommunikation zwischen den einzelnen Systemkomponenten unter realen Bedingungen getestet. Bei hybriden Anlagen gehört dazu insbesondere die Kontrolle der Energieströme. Es wird beispielsweise geprüft, ob die Wärmepumpe auf PV-Überschüsse reagiert, ob Speicher korrekt geladen werden und ob die Solarthermieanlage ihre Energie ordnungsgemäß in den Pufferspeicher einspeist. Außerdem spielt das Online-Monitoring eine immer größere Rolle. Moderne Heizsysteme liefern eine Vielzahl an Betriebsdaten, die aus der Ferne ausgewertet werden können. Dadurch lassen sich Auffälligkeiten frühzeitig erkennen. Ein ungewöhnlicher COP-Wert einer Wärmepumpe oder übermäßig lange Laufzeiten bei der Warmwasserbereitung können Hinweise auf technische Verbesserungspotenziale sein.