Für warme Wohnungen sorgen in diesem Häuser-Ensemble in Frankfurt am Main nun Luft-Wasser-Heizungswärmepumpen. Ergänzt werden sie durch eXergiemaschinen, die ausreichende Temperaturen für die Warmwasserbereitung erzeugen.
Statt die Erdgaskessel des Nahwärmenetzes gegen neue zu tauschen, wurden die Gebäude Hansaallee 128 a bis 146 in Frankfurt am Main im Herbst 2024 auf Wärmepumpenheizungen umgestellt. Damit die in den jeweiligen Kellern aufgestellten Heizungswärmepumpen effizient arbeiten, erzeugen eXergiemaschinen die höheren Temperaturen für die Warmwassererzeugung. Die Kombilösung halbiert die Heizkosten und lokale CO2-Emissionen gibt es nicht mehr.
Unsichere Erdgaspreise, Importabhängigkeit und Klimaschutz – für die Abkehr von Erdgas sprechen viele Gründe. Sie waren auch bei der Heizungssanierung der Gebäude in der Hansaallee ausschlaggebend. Etwa 20 Jahre nach der letzten Modernisierung hat die Eigentümergemeinschaft das Nahwärmenetz stilllegen lassen und stellte die Beheizung der 129 Wohneinheiten um auf Wärmepumpen, die in den Kellern der neuen Gebäude aufgestellt sind. Begleitet hat das Projekt die Valo Immobilienmanagement Rhein Main GmbH.
Kostenreduzierung: Statt 200 000 Euro für Erdgas nun 100 000 Euro für Strom.
Energiekosten für Heizen und Warmwasser halbiert
Ein Austausch der Erdgasheizung allein hätte keine Kosteneinsparung ergeben und eine Umstellung auf ein Niedertemperatur-Nahwärmenetz mit 40 °C Vorlauftemperatur und hausinternen Nacherhitzern für die Warmwasserbereitung hätte die Heizkosten lediglich um 15 Prozent reduziert. Der Wechsel zur der nun umgesetzten Wärmepumpenlösung hingegen halbiert die Heizkosten: Statt insgesamt über 200 000 Euro für Erdgas sind jetzt jährlich nur ungefähr 100 000 Euro für Strom fällig.
Möglich ist die Ersparnis mithilfe der Planung der Wärmetechnik durch die Fachplaner INGTEG Ingenieure, Eschborn. Die Gebäude aus den 90er-Jahren boten dabei gute Voraussetzungen. Eine verhältnismäßig gute Wärmedämmung und Fußbodenheizungen machen niedrige Vorlauftemperaturen möglich und die Kellerräume mit den Übergabepunkten der Nahwärme boten gerade genug Platz, um die Wärmepumpen und Wärmespeicher aufzustellen. Da sich die Wärmezentralen in den Häusern befinden, sind die Wärmeverluste im Netz jetzt Geschichte: Dort ging über ein Zehntel der Energie verloren!
Wärmepumpen und Wärmebooster
Für die Beheizung wurden Luft-Wasser-Heizungswärmepumpen mit je 15 kW Leistung vorgesehen. Im größten der Gebäude sind davon neun installiert, in den acht kleineren Mehrfamilienhäusern jeweils drei. Das schafft Sicherheit bei Wartungsarbeiten und Reparaturen. Die dachaufgestellten Außengeräte der Wärmepumpen sind leise genug, dass die Nachtruhe nicht gestört wird.
Die Wärmepumpen arbeiten im idealen Betriebspunkt, müssen also nur etwa 40 °C im Vorlauf liefern. Für das Bereitstellen der in Mehrfamilienhäusern üblichen 65 °C für eine hygienische Warmwasserversorgung und -zirkulation ist eine andere Technik zuständig: die eXergiemaschine. Diese Lösung von varmeco und ihrem Schweizer Partner BMS-Energietechnik ist eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Sie eignet sich für höhere Quelltemperaturen und Temperaturhübe – ideal zum Nacherhitzen von 40 auf 65 °C, denn für diesen Temperaturhub braucht sie nur ein Fünftel der Energie, die ein Elektroheizstab benötigen würde.
Aufteilung in zwei Temperaturzonen
Für die Entkopplung von Wärmebereitstellung und Verbrauch sind in jeder Heizzentrale zwei Wärmespeicher eingebaut. Einer davon dient als Niedertemperaturpuffer und speichert Wärme bei rund 40 °C; er wird von den Heizungswärmepumpen geladen und versorgt die Heizkreise. Im zweiten Speicher, dem Hochtemperaturspeicher, herrschen oben über 65 °C. Dieser Speicher wird von der eXergiemaschine geladen und beliefert die sogenannten Frischwassererwärmer, in denen Trinkwasser bedarfsgerecht im Durchflussprinzip erhitzt wird. Die Frischwassererwärmer halten auch die Temperatur bei der Warmwasserzirkulation konstant.
Die Aufteilung in zwei Temperaturkreise war der Schlüssel zum Erfolg.
Kombilösung für eine niedrigere Stromrechnung
Da der Warmwasserbedarf hier geringer ist als der Heizbedarf, haben die eXergiemaschinen (eXm) kleinere Leistungen als die Wärmepumpen. Im großen Haus ist eine eXm-Pro mit 20 kW thermischer Leistung eingebaut, in den kleineren Gebäuden reicht die wandmontierte 5 kW-eXm-compact aus. Die eXergiemaschinen laufen wärmegeführt: Sie springen an, wenn die Temperatur oben im Speicher den Sollwert 65 °C unterschreitet.
Da die eXergiemaschinen den Temperaturhub auf 65 °C mit einem COP von etwa fünf schaffen und die Wärmepumpen im idealen Betriebspunkt laufen, arbeitet diese Kombilösung deutlich stromsparender als eine Lösung nur mit Heizungswärmepumpen.
Aufgrund der Umstellung der Heizung von fossiler auf elektrische Energie stieg natürlich der Strombedarf. Damit winterliche Heizlasten sicher bedient werden können, mussten die Hausanschlüsse von drei Gebäuden verstärkt werden, bei den anderen Gebäuden boten die Anschlüsse genügend Reserve.
Fazit
Effizientere Technik hat ihrem Preis: Über 1,5 Mio. Euro waren für die Sanierung der Heiz- und Warmwassertechnik nötig. Rund zwei Drittel der Summe hat die Eigentümergemeinschaft selbst aufgebracht, den Rest hat das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) beigesteuert, da die neue, klimaneutrale Lösung förderfähig war. Ein Millionenprojekt für den Klimaschutz und für eine nachhaltige, wirtschaftliche Beheizung der 129 Wohnungen. ■
In allen Gebäuden sind Nieder- und Hochtemperaturspeicher aufgestellt. Der Niedertemperaturspeicher wird von den Heizungswärmepumpen geladen und bedient die Heizkreise. Dieser Speicher dient der eXergiemaschine (schwarzes Gerät an der Wand) zugleich als Quelle. Die eXergiemaschine hebt die Temperatur auf über 65 °C an und speist die Wärme in den Hochtemperaturspeicher, der die Warmwasserbereitung versorgt.
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