Heizen mit Außenluft

Warme Sommer, lange Übergangszeiten und Energieversorgungssicherheit sind Faktoren, mit denen sich Bauherren ...

... bei der Planung der Heizungsanlage auseinandersetzen müssen. Dabei gilt es, die Anforderungen an Behaglichkeit, Energie- und Kosteneffizienz sowie Zukunftssicherheit in Einklang zu bringen. In einem Mehrfamilienhaus-Neubau sind diese Aufgaben mit energieeffizienter Wärmepumpentechnologie realisiert worden. Zum Einsatz kommt eine Luft/Wasser-Wärmepumpen-Kaskade für Raumwärme und Warmwasser. In der Loftwohnung sorgt eine zusätzliche Luft/Luft-Wärmepumpen-Lösung im Sommer für kühle Temperaturen und kann bei schnellem Aufheizbedarf auch zum Heizen genutzt werden.

Das Bremer „Viertel“ entstand im Wesentlichen anlässlich der Stadterweiterung ab Mitte des 19. Jahrhunderts. Charakteristisch für diese Bauperiode sind die vielen vor allem in den Nebenstraßen erhaltenen Altbremer Häuser. In eine Baulücke haben die Eheleute Steinbach/Friedrichs auf dem ehemals elterlichen Grundstück ein Wohnprojekt realisiert, welches die vorhandene Architektur der Fassadenstruktur aufnimmt und behutsam in die Moderne überführt. Das Wohngebäude mit etwa 900 m² Wohnfläche verfügt über eine Tiefgarage, acht Wohneinheiten und einen umlaufenden Balkon für die Loftwohnung in der obersten Etage. Eine zentrale Herausforderung bei diesem Neubauprojekt war – wie bei allen aktuellen Neubauprojekten – die Gebäudeenergietechnik. Nach den Vorstellungen der Bauherren galt es, eine zukunftsfähige Wärmeversorgung für das gut gedämmte Mehrfamilienhaus zu entwickeln und gleichzeitig in allen Wohnungen ganzjährig ein angenehmes sowie komfortables Temperaturniveau zu gewährleisten. Das Wärmeversorgungskonzept und die Anlagentechnik in diesem klimaneutralen Mehrfamilienhaus stammt vom TGA-Fachplaner und Energieeffizienzexperten für Wohn- und Nichtwohngebäude (dena) Klaus Schierenbeck.

Da ein geothermisches System aus unterschiedlichen Gründen nicht in Betracht kam, entschieden sich die Bauherren für ein Luft/Wasser-Wärmepumpensystem mit Inverter-Technologie als Dreier-Kaskade mit Frischwasserstationen für jede Wohneinheit. Für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe sprach aufgrund der dichten, innerstädtischen Bebauung auch, dass die Wärmequelle Luft den geringsten baulichen Aufwand von allen Wärmepumpenlösungen erforderte. Als Energiequelle entziehen Luft/Wasser-Wärmepumpen die in der Umgebungsluft enthaltene Wärme.

Die Energiequelle Außenluft gilt zu 100 Prozent als Umweltwärme, wodurch ein monovalent und regenerativ arbeitendes System eingesetzt werden konnte, das auf fossile Brennstoffe verzichtet. Die Wärmeübergabe erfolgt in dem Mehrfamilienhaus durch Fußbodenheizungen in jeder Wohneinheit. Als Niedertemperaturheizung eignet sich die Fußbodenheizung hervorragend für die Kombination mit Luft/Wasser-Wärmepumpen, da die geringe Vorlauftemperatur einen positiven Einfluss auf den Wirkungsgrad der Anlage hat.

Zur umweltfreundlichen und energieeffizienten Raumwärme- und Brauchwarmwasserversorgung kommen drei „Ecodan“-Luft/Wasser-Wärmepumpen mit „Zubadan“-Inverter-Technologie und insgesamt 33,6 kW Wärmeleistung des Herstellers Mitsubishi Electric zum Einsatz, die als 3er-Kaskade auf dem Dach des Gebäudes installiert wurden. Jedes der drei „Ecodan“-Geräte verfügt über 11,2 kW Wärmeleistung. Damit deckt die Wärmepumpen-Kaskade die Heizlast für das Gebäude problemlos ab und kann gleichzeitig genügend Wärme für die Trinkwassererwärmung zur Verfügung stellen. „Wir haben uns auch für Wärmepumpentechnologie entschieden, um zu zeigen, dass man damit ohne fossile Energieträger ein Gebäude sehr wirtschaftlich beheizen kann. Und unsere Mieter finden das sehr attraktiv“, erläutert hierzu Jürgen Steinbach.

„Die Kaskadierung der Wärmepumpen bietet mehrere Vorteile gegenüber einem einzelnen Gerät mit entsprechend großer Leistung. Der Betrieb im sehr großen Modulationsbereich einer Kaskade ist wesentlich effizienter, als nur ein Modul in Volllast zu fahren. Denn so können die Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten“, erklärt Torsten Koeppe, Vertriebsingenieur für Heizungstechnik bei Mitsubishi Electric. Eine Kaskadenregelung mit Auto-Adaptfunktion optimiert bei den „Ecodan“-Geräten das Betriebsverhalten und sucht sich automatisch den jeweils besten Betriebspunkt für die Anlage. Außerdem bietet die Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung von Einzelgeräten und führt so zu einer erhöhten Betriebssicherheit.

Einsatzbereit auch bei eisigen Temperaturen

Ein besonderes Merkmal der hier verwendeten Heiztechnik ist, dass die Luftwärmepumpen über die „Zubadan“-Inverter-Technologie verfügen. Das patentierte Einspritzverfahren optimiert die verfügbare Heizleistung. Das heißt, die Wärmepumpen können auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu -15 °C noch 100 Prozent ihrer Heizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu -28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, auch bei tiefen Außentemperaturen auf Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder einen zusätzlichen Wärmeerzeuger zu verzichten.

Die Maschinen auf dem Dach des Mehrfamilienhauses sind über Kältemittelleitungen durch das Gebäude verbunden mit dem Wärmeübertrager. Für jede Außeneinheit steht ein Hydromodul im Technikraum im Keller des Wohnhauses zur Verfügung. Hier erfolgt der Energieaustausch vom Kältemittel auf das Heizungswasser. Dies ist eine unkomplizierte Art, die Heiz- und Wärmepumpenkreisläufe hydraulisch voneinander zu entkoppeln und gleichzeitig einen konstanten Kältemittelvolumenstrom zu gewährleisten.

Für den taktreduzierten Betrieb wurden zwei Speicher in das Anlagenkonzept eingebunden. Ein Pufferspeicher speichert die Wärme und stellt die erforderliche Energie für die Abtauung der Außenmodule im Winter bereit. Dies dient der Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers, um jederzeit genügend Wärme zur Verfügung zu stellen. Der zweite Speicher ist ein 800-Liter-Schichtenpufferspeicher zur Brauchwarmwasserbereitung für die acht Wohneinheiten. Dieser hält bei einer Brauchwarmwassertemperatur von 53 °C ausreichend Wärme für die Trinkwassererwärmung vor. Zur Versorgung verfügt jede Wohneinheit über eine Wohnungs- bzw. Frischwasserstation, die parallel zur Heizungswärmeverteilung die Brauchwarmwasserdistribution übernimmt.

Luft/Luft-System zum Kühlen oder Heizen

Eine sehr moderne Lösung präsentiert sich in der obersten Wohnung: Sie verfügt als eine Art „Penthouse“ über großzügige Fensterflächen und hat auf der Südseite große Balkone. Das kann in den warmen Jahreszeiten zu relativ hohen Wärmelasten führen. Um diese abzuführen und dadurch den Wohnkomfort deutlich zu erhöhen, ist diese Wohneinheit zusätzlich mit einem Klimasystem aus der „M“-Serie und vier Innengeräten vom Typ „MSZEF“ von Mitsubishi Electric ausgestattet. Die Wohnung kann aber im Sommer nicht nur gekühlt werden, sondern an kälteren Tagen kann die Anlage als Luft/Luft-Wärmepumpensystem auch zum Heizen genutzt werden.

Als besonderer Komfort wird dies im Arbeitszimmer während der Homeoffice-Tage wahrgenommen, wo jederzeit die Möglichkeit besteht, bei Bedarf kurzfristig zu kühlen oder zu heizen, ohne gleich die Fußbodenheizung aktivieren zu müssen. Von den vier Wandgeräten befinden sich je eines im Schlaf- und Arbeitszimmer sowie zwei im Wohn-Essbereich. Die Steuerung erfolgt ebenfalls komfortabel: Neben den Raumthermostaten für die Fußbodenheizung und den schnurlosen Funkfernbedienungen für die Klimaanlage können sowohl die Heizung als auch die Klimainnengeräte mittels eines WIFI-Adapters über eine Tablet- oder Handy-App bedient werden.

Fazit

Das Mehrfamilienhaus im angesagten Bremer „Viertel“ spiegelt in vielerlei Hinsicht den neuesten Stand der Technik und des Wohnkomforts wider. Als modernes Mehrfamilienhaus verfügt es über eine besonders energiesparende Gebäudeenergietechnik, die eine kostenorientierte und zugleich betriebssichere Wärmeversorgung ermöglicht und in allen Wohnungen ganzjährig angenehme und komfortable Temperaturen gewährleistet.

Zum Einsatz kommt ein „Ecodan“-Luft/Wasser-Wärmepumpen-System von Mitsubishi Electric als Dreierkaskade, das aufgrund seiner innovativen „Zubadan“-Inverter-Technologie auch bei tiefen Außentemperaturen für behagliche Raumwärme und Warmwasser in allen acht Wohneinheiten sorgt. Zusätzlich wurde in der Loftwohnung eine Luft/Luft-Wärmepumpen-Lösung der „M“-Serie von Mitsubishi Electric installiert, mit der die Räume im Sommer gekühlt werden können und die bei schnellem Aufheizbedarf auch zum Heizen genutzt werden kann.