Wärmepumpe für den Altbau: Welche Technologie passt zum Mehrfamilienhaus?

In unserem Beitrag Energetische Sanierung: Erst die Heizung, dann die Dämmung? wurden Wärmepumpen-Technologien von Luft/Wasser-Wärmepumpen nach typischen Leistungsgrößen und Bauarten klassifiziert. Reichen diese Einzel-Heizleistungen für die Wärmeversorgung nicht aus, können Wärmepumpen-Kaskaden eine überzeugende Lösung bieten. Diese haben zahlreiche Vorzüge.

Wärmepumpen-Kaskade im Mehrfamilienhaus: Vorteile und Einsatzbereiche

1. Skalierbarkeit und Flexibilität

   Durch den modularen Aufbau einer Kaskade können mehrere kleinere Wärmepumpen je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden. Dadurch kann eine individuelle Anpassung an den tatsächlichen Wärmebedarf stattfinden. 

2. Energieeffizienz

   Durch die variable Zu- oder Abschaltung lassen sich die Wärmepumpen in einer Kaskade deutlich besser im optimierten Teillastbetrieb fahren, denn: Einzelne Wärmepumpen arbeiten durch ihren tieferen Modulationspunkt effizienter bei Teillast als eine große Anlage im Niedriglastbereich. Generell laufen Wärmepumpen sowohl mit kleiner als auch großer Heizleistung im Teillastbetrieb effizient. Allerdings liegt der Punkt der kleinsten Leistung bei einer kleinen Wärmepumpe auch deutlich tiefer. Deshalb takten die Kaskaden zumeist weniger als große Wärmepumpen und laufen deshalb bei mittleren Temperaturen effizienter. Durch eine intelligente Steuerung kann der Betrieb zudem an Stromtarife oder ggf. die PV-Erzeugung angepasst werden.

3. Redundanz und Betriebssicherheit

   Fällt eine Wärmepumpe aus, übernehmen die anderen die Versorgung. Das ist besonders in der Wohnungswirtschaft relevant. Zudem können einzelne Geräte gewartet werden, ohne die gesamte Heizversorgung zu unterbrechen.

4. Wirtschaftlichkeit

   Überzeugend sind auch teilweise geringere Investitionskosten: Mehrere kleinere Geräte sind oft günstiger als eine große, individuell gefertigte Spezialanlage. Einzelne Komponenten können je nach Land und Förderprogrammen außerdem ggf. besser gefördert werden.

5. Platzersparnis und Installationsvorteile

   Die Geräte können aufgeteilt und platzsparend sowie flexibel installiert werden (z. B. Dach, Technikraum, Keller). Besonders bei Sanierungen lässt sich eine Kaskade leichter integrieren.

Kleine oder große Wärmepumpen kaskadieren – was ist wann sinnvoll?

Wann ist dann eine Kaskade aus Wärmepumpen mit geringerer und wann eine Wärmepumpen-Kaskade aus Geräten mit größerer Leistung sinnvoll? Hier sind die objektspezifischen Bedingungen genau zu beachten. Zunächst gilt es, den genauen Leistungsbedarf zu bestimmen und dann die Platz-, bzw. Aufstellungsverhältnisse zu klären. Größere Einzelleistungen pro Wärmepumpe haben den Vorteil, dass insgesamt weniger Verbindungsleitungen von den Außen- zu den Innengeräten bzw. der Hydraulik in das Wohngebäude installiert werden müssen. Das reduziert Aufwand und Kosten. 

Während kleinere Geräte sich leichter per Muskelkraft transportieren lassen, sind größere Anlagen oftmals nur mit dem Einsatz eines Krans an ihren Bestimmungsort zu bringen. Aber auch einfache Argumente wie die Höhe von Wärmepumpen mit kleiner Leistung, die oftmals in Doppel-Bauweise zwei Ventilatoren übereinander kombinieren spielen eine Rolle. Denn demgegenüber sind Wärmepumpen mit größerer Leistung wie z. B. die aroTHERM perform von Vaillant flacher gebaut und behindern z. B. nicht die Sicht aus den Fenstern im Erdgeschoss. 

Darüber hinaus spielt auch der zur Verfügung stehende Platz eine große Rolle. Denn die Ortswahl wird auch durch Aspekte wie die Erfüllung der TA Lärm hinsichtlich der Schallemissionen und die Berücksichtigung von Sicherheitsbereichen bei den gängigen Wärmepumpen mit dem Kältemittel R 290 tangiert. Zu beachten ist ebenfalls die Anzahl der Geräte in einer Kaskade. Bei einer größeren Einzelleistung werden weniger Einheiten benötigt, wodurch die Kosten für die Installation geringer sein können. 

„Gerade die Beurteilungsfaktoren der Aufstellung und der Schallemissionen haben sich mittlerweile zu den entscheidenden Faktoren entwickelt“, so Dr. Linder weiter. „Denn die Effizienz vergleichbarer Wärmepumpen-Modelle hat sich bei den großen Markenherstellern weitgehend angeglichen. Und was nutzt das letzte Zehntel an einer höheren Effizienz, wenn sich die Wärmepumpe aufgrund der Vorschriften überhaupt nicht aufstellen lässt.“

Kältemittel R290: Sicherheitsbereiche und Aufstellvorschriften für Wärmepumpen

In erster Linie dreht es sich hier um den notwendigen Sicherheitsbereich, den das mittlerweile nahezu standardmäßig eingesetzte Kältemittel R290 diktiert. Mit dem Wechsel von zuletzt R32 zu R290 wurden für das brennbare Kältemittel Sicherheitsbereiche definiert, in denen bestimmte Kriterien erfüllt sein müssen. Denn R290 ist grundsätzlich schwerer als Luft. So ist es möglich, dass sich im recht unwahrscheinlichen Fall einer Leckage im Kältekreislauf R290 an Orten sammeln könnte, die unterhalb des Aufstellplatzes des Außengerätes liegen. Dazu gehören beispielsweise Lichtschächte, Gullis und Elektroschächte, Zündquellen, Mulden oder Senkungen etc. 

Kommen dann noch die gängigen und bekannten Aufstellkriterien hinsichtlich der Schallemissionen u. a. nach TA Lärm oder in puncto Kondensatableitung und möglicher Vereisungsgefahr im Winter etc. hinzu, kann das die Aufstellorte so deutlich beschränken, dass dies die Nutzung einer modernen Wärmepumpe unmöglich macht. Warum dann nicht einfach Wärmepumpen mit R32 genutzt werden? Dieses Kältemittel wird bei neuen Wärmepumpen bis 12 kW Heizleistung ab Ende 2026 aufgrund der Regelungen der F-Gase-Verordnung nicht mehr verfügbar sein.

Um so wichtiger ist es, bei der Auswahl einer Wärmepumpe bereits vorab auf die notwendigen Schutzbereiche zu achten, die der Hersteller laut Gesetz vorgibt. „State oft the art“ ist hier mittlerweile die sogenannte Flexible Space Function (FSF) geworden mit der der notwendige Schutzbereich von Wärmepumpen mit dem Kältemittel R290 entweder drastisch verkleinert wird oder teilweise sogar ganz entfallen kann. Bei der FSF handelt es sich bei innovativen, neuen Wärmepumpen um eine systemintegrierte Funktion, die durch konstruktive und regelungstechnische Details umgesetzt wird. Im Vergleich zu einem Standard-Schutzbereich von einem Meter rund um eine Wärmepumpe mit R290 reichen bei diesen neuen Modellen wie beispielsweise der aroTHERM plus von Vaillant nur 50 cm an einer Seiten- und lediglich 25 cm an der Rückwand. Zur anderen Seitenwand und nach vorne ist kein Schutzbereich mehr erforderlich.

Dadurch können derartige Wärmepumpen mit sehr geringen Abständen zu Türen, Kellerfenstern, Lichtschächten etc. nahezu uneingeschränkt am Gebäude platziert werden. So wird die Wärmepumpen-Technologie erstmals auch für Gebäude mit stark eingeschränkten Aufstellmöglichkeiten auf kleineren Grundstücken nutzbar.

Energy Units: Fertige Heizzentrale für Mehrfamilienhäuser im Bestand

Sogenannte Energy Units spielen wiederum eine entscheidende Rolle, wenn gleich die komplette Heizzentrale vor dem Gebäude platziert werden soll. Es geht hier um schlüsselfertige, modulare Energiezentralen, die nicht nur die jeweils benötigten Wärmepumpen, sondern auch die komplette Hydraulik, Regelung und Speichertechnik beinhalten. Diese Units werden seriell gefertigt, sind skalierbar und können auch von der Ausstattung her an die objektspezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Zudem werden sie quasi als fertige Einheit neben das Gebäude gestellt und müssen dann nur mittels einer Fernwärmeleitung mit dem Wärme-Verteilsystem im Gebäude verbunden werden.

Die Fertigung findet zudem unabhängig von der Witterung in einer Werkshalle statt. Das bedeutet, dass das gesamte Qualitätsthema auf der Baustelle hinfällig ist. Zusätzlich profitiert man von kurzen Liefer- und Installationszeiten und einer minimalen Ausfallzeit beim Heizungsumschluss – denn das Altsystem kann in Ruhe nach dem Umschluss demontiert werden, und es muss nicht parallel zur Neuinstallation ggf. mit einer Überbrückungslösung gearbeitet werden. Auch die spätere Wartung gestaltet sich denkbar einfach, weil kein Zugang zum Wohngebäude erforderlich ist. 

Der direkte Vergleich zu einer einzelnen Wärmepumpe oder einer konventionellen Wärmepumpen-Kaskade zeigt gravierende Unterschiede, denn hier muss parallel die System-Peripherie (Hydraulik, Regelung und Speicher) im Gebäude untergebracht werden. Das beansprucht zusätzlich mindestens einen Kellerraum. Dieser wird bei einer Unit „gleich mitgeliefert“. Eine Energy Unit kann - soweit sie ausschließlich Wärmepumpen enthält - unter Beachtung der gängigen Vorschriften in der Regel sogar genehmigungsfrei und flexibel platziert werden.

VRF-Anlagen und Kaltwassersätze: Warum sie im Wohnungsbau selten zum Einsatz kommen

Und wie verhält es sich mit Kaltwassersätzen oder VRF-Anlagen? Grundsätzlich können auch diese Technologien Lösungen für die Wärme- und Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus darstellen. In der Praxis trifft man diese Anlagen jedoch eher im gewerblichen Bereich als im reinen Wohnungsbau an. Eines der wichtigsten Argumente ist die in der Regel fehlende Förderfähigkeit im Rahmen von Förderprogrammen. 

Zudem werden in beiden Technologien vergleichsweise zu Wärmepumpen deutlich größere Mengen Kältemittel eingesetzt, die zudem klimaschädlicher als das mittlerweile in Wärmepumpen zum Standard avancierte R290 sind. Die komplexe Technik dieser Technologien erfordert außerdem spezialisiertes Personal, was oftmals in höheren Wartungskosten mündet. Auch die individuelle Verbrauchserfassung für Heizkostenabrechnungen kann kompliziert sein, da oft keine standardisierten Wärmemengenzähler unterstützt werden.

Fazit

Die Frage nach der bestmöglichen Reihenfolge in der energetischen Sanierung von Mehrfamilienhäusern scheint eindeutig geklärt zu sein. Umso wichtiger ist es, sich genau mit den verfügbaren Alternativen in der zukunftsfähigen Wärmeerzeugung zu beschäftigen. Hier bieten ohne jeden Zweifel Wärmepumpen die überzeugendste Perspektive. Der Markt hält mittlerweile ein großes Portfolio an möglichen Wärmepumpen-Technologien bereit, die in der Lage sind, auch im wenig sanierten Bestandsbau wirtschaftliche und effiziente Lösungen für die individuellen, objektspezifischen Bedingungen zu bieten.

Der Autor Dipl.-Kfm. Martin Schellhorn ist Fachjournalist und Geschäftsführer der Schellhorn Public Relations GmbH.