Wärmepumpe im Altbau ohne Fußbodenheizung

In diesem Erfahrungsbericht werden die Vorgehensweise und die Verbrauchssituation nach der energetischen Umgestaltung eines Einfamilienhauses geschildert. Der Bericht zeigt, dass die Nutzung einer Wärmepumpe auch im Altbau ohne Fußbodenheizung und nur kostenoptimiertem Teil-Wärmeschutz sinnvoll realisierbar ist.

Ausgangssituation

Bei dem energetisch renovierten Objekt handelt es sich um ein freistehendes Einfamilienhaus in Hanglage vom Baujahr 1973 in altersentsprechender Massivbauweise aus Beton- und Blähton-Mauerwerk. Eine Dachisolation war zum Zeitpunkt des Gebäudekaufs 2003 nicht vorhanden und die Fenster waren als zweifach Verglasung mit unzureichend dichtenden Holzrahmen ausgeführt. Als Zentralheizung stand eine Ölheizung aus dem Jahr 1984 zur Verfügung. Neben einem hohen Energieverbrauch von damals ca. 24.000kWh war damals auch die Nichtnutzbarkeit des Dachbodens aufgrund der fehlenden Abdichtung von großem Nachteil.

Abb.1: Gebäudezustand und durchgeführte Renovierungsmaßnahmen

Maßnahmen

Die energetische Sanierung des Objektes wurde in drei Phasen durchgeführt (Abb.1):

• Fenstertausch, Dachisolation und SO-PV-Anlage
• Ersatz der Ölheizung gegen Luft-Wasser-Wärmepumpe
• Installation der W-PV-Anlage mit Speicher

Renovierung 2010

In einem ersten Paket wurden als dringendste Maßnahmen bis 2010 alle Fenster erneuert und eine Wärmedämmung des Daches (Zwischensparren- + Aufdachdämmung) aufgebracht. Durch diese Maßnahme war die größte Außenfläche des Hauses isoliert und damit bereits ein erheblicher Beitrag zur Senkung des Wärmebedarfs geleistet. Darüber hinaus war der Dachboden anschließend aufgrund der luftdichten Abdichtung als Lager und Bastelraum nutzbar. Nach der Dachrenovierung wurde auf die Ostseite eine PV-Anlage (6,4kWp) mit Volleinspeisung installiert. Die Ölheizung blieb unverändert.

Renovierung 2017

In einem zweiten Schritt wurde dann 2017 die Ölheizung gegen eine Luft-Wasser Wärmepumpe mit einer thermischen Leistung von 8kW ausgetauscht. Zur Warmwasserversorgung wurde ein Schichtspeicher mit Frischwasserstation installiert. Der Schichtspeicher ist Teil des Wasser-Wärmespeichers der Wärmepumpe.

Renovierung 2021

Als bisher letzte Maßnahmen wurde die Dämmung der Nordfassade durchgeführt sowie ein PV-Anlage auf die Westseite (9,4kWp) mit einem Batteriespeicher von 10kWh installiert. Die Dämmung der Nordfassade stellte in diesem Fall die kostengünstigste Seite des Hauses dar, da hier wenig Fenster verbaut sind und die Isolation de facto vollflächig angebracht werden konnte. Auch aus energetischer Sicht ist die Isolation der Nordfassade die effektivste Ausrichtung, da dort das hohe Verhältnis von abgestrahlter zu eingestrahlter Energie eine Isolation am wirkungsvollsten erscheinen lässt. Bedingt durch die Hanglage besteht im Untergeschoss der hangnahe Teil das Mauerwerkes aus Beton, während der freistehende Teil im Blähbeton gemauert wurde. Durch die erheblich unterschiedlichen Wärmeleitwerte dieser Materialien entstand bei kalten Tagen am Materialsprung an der Innenwand ein Temperatursprung von >10°C, was zu sichtbaren, nicht behebbaren Rissen im Innenputz geführt hat. Daneben war das Temperaturempfinden durch den starken Unterschied nicht angenehm. Auch hier hat die Isolation der Außenfassade zu einem homogenen Temperaturverlauf im Innenraum und damit mit einem Verschwinden der Risse geführt.

Bauliche Anforderungen bei Nutzung einer Wärmepumpe

Bei der Nutzung einer Wärmepumpe im Altbau sind zwei systembedingte Unterschiede dieses Heizsystems zu Öl- oder Gasthermen zu berücksichtigen:

Abb.2: Optimierung der Heizkörper für Wärmepumpenbetrieb

Geringe Vorlauftemperatur

Um einen effizienten Betrieb eine Wärmepumpe zu gewährleisten, sollte die Vorlauftemperatur des Heizwasserkreislaufs möglichst niedrig liegen. Bei der zunächst vorhandenen Ölheizung lag diese bei ca. 65°-70°C. Um nun zu testen, inwieweit auch geringere Vorlauftemperaturen hinreichend sind, um die Räume auf 22°C zu beheizen, wurde die Vorlauftemperatur der Ölheizung an ca. 5 aufeinanderfolgenden kalten Wintertagen auf 50°C reduziert. Innerhalb dieser Zeitspanne hatte sich ein neues Gleichgewicht in der Temperaturverteilung eingestellt und es zeigte sich, dass die Wärmeabgabe insbesondere in den großen Räumen nicht mehr hinreichend war. Ursächlich hierfür waren i.W. die im Boden versenkten Hochtemperatur Heizkörper und kleinflächige Rippenheizkörper. Als Abhilfe-Maßnahme wurden in den betroffenen Räumen Flächenstrahler installiert, um den durch die geringere Temperatur verringerten Wärmetransport durch größere Flächen zu kompensieren. Bei über mehrere Tage andauernden, extrem geringen Außentemperaturen von <-15°C ist die Wärmepumpe allerdings nicht mehr in der Lage, die erforderliche Wärmemenge zu Verfügung zu stellen. Für diese Situation verfügt das Gerät über Heizstäbe mit einer elektrischen Leistung von 9kW. Während der bisherigen Betriebszeit der Wärmepumpe wurde diese Funktion allerdings nur für weniger als 1 Woche genutzt und dabei einen Stromverbrauch von 580kWh verursacht. Der Anteil der Zusatzheizung am gesamten Energieverbrauch der Heizung im Betrachtungszeitraum von 6 Jahren lag damit < 2%. Im vorliegenden Beispiel wäre daher die Investition in eine Gas-Hybrid-Wärmepumpe weder technisch noch wirtschaftlich notwendig gewesen.

Geringe Wärmeleistung

Um den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe zu optimieren, sollte dies möglichst oft nahe Volllast laufen. Daher liegen die üblichen Leistungen der Geräte für EFH bei ca. 8-11KW. Die bisher installierte Ölheizung hingegen hatte eine Leistung von 24kW. Durch die vergleichsweise geringe Leistung der Wärmepumpe wäre die Temperatur-Regelung, gerade in der Übergangszeit recht träge und erfordert daher einen hinreichend dimensionierten Wärmespeicher. Im Fall einer Fußbodenheizung fungiert diese durch ihre Wassermenge als Speicher. Im Fall von Heizkörpern muss hierfür dann ein zusätzlicher Speicher installiert werden. In unserem Fall handelt es sich um einen 800l (Schicht-) Speicher, der gleichzeitig über eine Frischwasserstation der Warmwasserversorgung des Hauses dient (Abb.3).

Verbrauchswerte

Die Verbrauchswerte konnten durch die Teil-Isolation erheblich gesenkt werden (s.Abb.4). Insb. brachte allein die Isolation der Nordfassade eine Energie-Einsparung von ca. 25%. Der elektrische Energieverbrauch des Hauses zum Betrieb der Wärmepumpe liegt in den letzten 3 Jahre bei ca. 5700kWh pro Jahr.

Abb. 4: Entwicklung des Energieverbrauchs und Wirksamkeit der Isolationsmaßnahme

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beispiel wurde eine Wärmepumpe als alleinige Heizung als Ersatz für eine Ölheizung in einem teilisolierten Altbau ohne Fußbodenheizung problemlos seit ca. 6 Jahren eingesetzt. Als begleitende Maßnahmen wurde sukzessive eine energetische Teilsanierung durch Modernisierung der Fenster, Dachisolation und Wärmedämmung der Nordfassade durchgeführt. Durch Anpassung der Heizkörper konnten in allen Räumen die gewünschten Temperaturen von 20°-22°C auch im Winter erreicht werden.