Der Einsatz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden ist mitunter herausfordernd – das gilt besonders für Mehrfamilienhäuser. Im Verbundprojekt „Low-Ex im Bestand“ haben Forschende allerdings gezeigt, dass Wärmepumpen auch in solchen Gebäuden eine machbare Option sind. Oft genüge in der Praxis bereits der Austausch weniger Heizkörper, um einen Altbau fit für die Wärmepumpe zu machen.
Das Forschungsprojekt „Low-Ex im Bestand“ (2016–2022) wurde gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE), vom Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg und vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchgeführt. Praktische Tipps, wie der Einbau von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern funktionieren kann, haben die beteiligten Forschungsinstitute in einer kürzlich veröffentlichten „Handreichung für die Umsetzung“ zusammengefasst.
Einsatz generell möglich
Das Forschungsprojekt befasste sich mit dem Einsatz von Wärmepumpen in bestehenden Mehrfamilienhäusern. Bei solchen Gebäuden gilt die Nutzung von Umweltwärme aufgrund der erforderlichen Leistung des Wärmeerzeugers, hoher Vorlauftemperaturen und der Gebäudelage in dicht bebauten Quartieren zumindest als Herausforderung.
„Generell ist der Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern möglich und wird bereits praktiziert“, sagt gleichwohl Dr. Marek Miara, Koordinator Wärmepumpen am Fraunhofer ISE. Natürlich weiß auch der Wissenschaftler, dass die vorhandenen Praxisbeispiele bislang eher die Ausnahme darstellen. „Für den breiten Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern werden für die Zukunft Standardlösungen unverzichtbar sein“, betont Miara.
Wohlgemerkt: Die Rede ist hier von Lösungen (Plural!) und eben nicht von der einen Lösung für alle Mehrfamilienhäuser. Dafür sind die Rahmenbedingungen vor Ort viel zu unterschiedlich. Vor der Entscheidung für ein Wärmepumpensystem bedarf es daher einer ganzheitlichen Analyse des Zustands von Gebäudehülle, Heizungstechnik sowie Warmwasserbereitung und -verteilung. Gegebenenfalls ist danach zunächst ein Fahrplan für notwendige Sanierungsmaßnahmen zu erstellen.
Damit Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern ausreichend Heizenergie zur Verfügung stellen können, müssen die Systeme auf jeden Fall effizient arbeiten. „Besonders effizient arbeiten Wärmepumpen, wenn man sie in Low-Ex-Systemen einsetzt, die sich durch geringe Temperaturdifferenzen zwischen Wärmequelle und Nutzwärme auszeichnen“, sagt Andreas Wagner, Leiter des Fachgebiets Bauphysik und Technischer Ausbau an der KIT-Fakultät für Architektur.
Auch die Handreichung spricht von „Low-Ex-Konzepten“. Damit gemeint sind Heizsysteme, die sich durch geringe „Exergieverluste“ auszeichnen. Als Exergie wird derjenige Energieanteil in einem energetischen System bezeichnet, der tatsächlich Arbeit in einer gewünschten, wirtschaftlich verwertbaren Form verrichten kann. Auch Wärmepumpen arbeiten umso effizienter, je geringer die Exergieverluste sind. Dass ihr Einsatz auch in bestehenden Mehrfamilienhäusern grundsätzlich machbar ist, unterstreicht das Low-Ex-Forschungsprojekt.
„Wir konnten zeigen, dass Wärmepumpen durch verschiedene systemtechnische Anpassungen – zum Beispiel Kombination unterschiedlicher Wärmequellen, Austausch einzelner Heizkörper oder die Integration eines bestehenden Gaskessels im so genannten bivalenten Betrieb – auch im sanierten Altbau weitaus effizienter arbeiten als herkömmliche Gasheizungen“, erläutert Andreas Wagner.
Minimalinvestive Maßnahmen
Die Autoren der Handreichung widersprechen ausdrücklich der weitverbreiteten Annahme, dass eine Wärmepumpe im Altbau nur möglich sei, wenn vorab alle alten Heizkörper ausgetauscht werden oder der Einbau einer Fußbodenheizung erfolgt. Dies sei „in sehr vielen Fällen unzutreffend“.
Stattdessen genüge häufig bereits der Austausch einzelner Heizkörper, um die notwendigen Heizkreistemperaturen so weit abzusenken, dass der effiziente Betrieb einer Wärmepumpe möglich wird. Die Handreichung spricht in diesem Zusammenhang von einer „minimalinvestiven Maßnahme“, bei der man lediglich die am kleinsten dimensionierten Heizkörper gegen größere austauscht, während das Wärmeverteilsystem und die überwiegende Zahl der Heizkörper nicht verändert werden.
Niedrige Heizkreistemperaturen – also eine niedrige Temperatur des Wassers in den Heizungsrohren – sind entscheidend für die Effizienz der Wärmepumpe, da die in das System eingespeiste Umweltwärme als Wärmequelle deutlich unter der normalen Heiztemperatur liegt. Je geringer die notwendige Heizkreistemperatur, umso weniger muss die Wärmepumpe die Ausgangstemperatur anheben.
In der Handreichung wird darauf hingewiesen, dass der Heizwärmebedarf vieler bestehender Mehrfamilienhäuser bereits heute geringer sei als zu Zeiten der ursprünglichen Planung des Heizungssystems. Das ist etwa der Fall, wenn zwischenzeitig bereits die Gebäudehülle saniert wurde (Fensteraustausch und/oder Fassadendämmung). Vielerorts sind deshalb die bestehenden Heizkörper bereits überdimensioniert. Eben deshalb genügt nach Angaben der Forschenden in der Praxis oft schon der Austausch einzelner Heizkörper, um bestehende Mehrfamilienhäuser effektiv mit einer Wärmepumpe zu kombinieren.
