Die Wärmetechnik für dieses Mehrfamilienhaus beinhaltet effizient arbeitende Quellen sowie Übergabestationen in jeder Wohnung ebenso wie die Kernkomponenten Wärmepumpe und eXergiemaschine sowie den übergeordneten Wärmesystemregler.
Mehr Wärmekomfort und niedrige Heizkosten waren das Ziel bei der Planung eines Mehrfamilienhauses in Weil im Schönbuch. Schlüssel zur Wirtschaftlichkeit ist die separate Betrachtung von Heizungswärme und Warmwasserbereitung: Die Heizungswärmepumpe muss nur die Vorlauftemperatur für die Fußbodenheizung liefern, die hohen Temperaturen zur Warmwassererzeugung stellt die sogenannte eXergiemaschine bereit – und dies mit deutlich besserem Wirkungsgrad, als eine Heizungswärmepumpe es könnte.
Zum Mehrfamilienhaus gehören acht Wohnungen (50 bis 110 m²) mit Fußbodenheizung, Wohnraumlüftung etc. Im Untergeschoss befinden sich unter anderem ein Waschkeller mit separaten Anschlüssen für jede Mietpartei und Tiefgaragenplätze, die für die Montage einer Ladestation vorbereitet sind. Auf dem Dach wurde eine PV-Anlage installiert, die von einem Solarstromspeicher im Keller ergänzt wird.
Warmwasser hat hohen Anteil an Wärmelast
Für geringe Nebenkosten sorgen bei dem KfW-40-Haus unter anderem die Dämmung der Gebäudehülle und die Wohnraumlüftungen mit Wärmerückgewinnung. In Objekten mit geringer Heizlast fällt der Energiebedarf der Warmwasserbereitung umso mehr ins Gewicht.
Auch bei diesem Neubau war die hygienische, energieeffiziente Warmwassererzeugung ein Thema, denn eine Heizungswärmepumpe bewältigt den großen Temperaturhub auf ca. 65 °C zum Erhitzen des Trinkwassers meistens nur mit einem schlechten Wirkungsgrad. Ein Elektroheizstab als Nacherhitzer braucht ebenfalls zu viel Energie. Doch die Planer der Drieselmann GmbH in Holzgerlingen hatten eine Lösung.
Wärme-Booster für die Warmwasserbereitung
Anstatt die Temperaturniveaus zum Heizen (ca. 36 °C im Vorlauf) und für Warmwasser (ca. 65 °C) mit einer Quelle zu bedienen oder einen konventionellen Nacherhitzer zu installieren, schlug Drieselmann eine zweistufige Wärmepumpen-Lösung vor. Hierbei bedient die 28-kW-Heizungswärmepumpe nur die Fußbodenheizung und kann im optimalen Betriebsbereich arbeiten.
Getrennte Temperaturniveaus = bei hohem Warmwasserbedarf mehr Wirtschaftlichkeit.
Als zweite Stufe des Systems kommt eine spezielle Wasser-Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz: die eXergiemaschine, eine Gemeinschaftsentwicklung von varmeco (Kaufbeuren) und BMS-Energietechnik (Wilderswil/Schweiz). Die Maschine nutzt einen Teil der von der Wärmepumpe bereitgestellten Niedertemperaturwärme und hebt sie auf das höhere Temperaturniveau zur Warmwasserbereitung.
Die Kombination aus Heizungswärmepumpe und eXergiemaschine hat einen deutlich besseren Gesamtwirkungsgrad, als wenn die Heizungswärmepumpe allein beide Temperaturniveaus bedienen müsste. Im Mehrfamilienhaus entschied man sich wegen des höheren Warmwasserbedars für eine bodenaufgestellte 10-kW-Maschine.
eXergiemaschine: Für große Temperaturspreizungen
Die eXergiemaschine verbessert die Temperaturschichtung im Pufferspeicher (Heizspeicher). Dazu arbeitet im Inneren des Geräts eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit Nennwärmeleistungen Qth von 3 bis 40 kW, die für eine große Temperaturspreizung von etwa 50 K im Pufferspeicher ausgelegt ist und auch bei Quelltemperaturen von 55 °C und mehr arbeitet.
Während des Betriebs entnimmt die eXergiemaschine über zwei Kreisläufe Wasser aus der Mitte des Speichersystems. Ein Kreislauf leitet Wasser zum Kondensator der Wärmepumpe, wo es erhitzt wird, bevor es in den heißen Teil des Speichers gelangt. Der andere Kreislauf führt über den Verdampfer und leitet das dort heruntergekühlte Wasser anschließend in den unteren, kalten Speicherbereich.
Die eXergiemaschine liegt in der 3- und 5-kW-Ausführung als kompaktes Wandgerät und in den Leistungsklassen 5 bis 100 kW Wärmeleistung als Standgerät vor.
Bei großem Warmwasserbedarf: Zweistufige Wärmepumpenlösung ist wirtschaftlicher.
Getrennte Temperaturniveaus
Um die Temperaturniveaus für Heizen und Warmwasserbereitung zu trennen, befinden sich im Technikraum des Mehrfamilienhauses zwei Wärmepuffer (Heizspeicher) von varmeco mit je 1000 l Fassungsvermögen. Der Niedertemperatur-Speicher wird von der Heizungswärmepumpe geladen; an ihm sind auch die Heizkreise der Fußbodenheizungen angeschlossen. Für das Laden des Hochtemperatur-Speichers ist die eXergiemaschine zuständig.
Sie nutzt die von der Wärmepumpe bereitgestellte Energie als Quelle und hebt die Temperatur an ihrem Kondensator auf 65 °C, bevor sie die Wärme oben im Hochtemperatur-Speicher einspeist. Zugleich kühlt der Verdampfer der eXergiemaschine den Rücklauf zur Heizungswärmepumpe, weswegen diese etwas effektiver arbeitet. Das Nacherhitzen mit der eXergiemaschine erfolgt mit einem COP von etwa 5 und auch die Wärmepumpe arbeitet mit einem relativ hohen Wirkungsgrad, da sie ja nur die Niedertemperatur-Wärme liefern muss. Das senkt die Wärmekosten.
Die Verteilung der Wärme zum Heizen und für das Warmwasser geschieht über ein Vier-Leiter-System und Wohnungsstationen von varmeco. Das erhöht den Komfort und die Hygiene, weil die Trinkwarmwasserbereitung erst in der Wohnungsstation erfolgt und die Leitungswege bis zur Zapfstelle entsprechend kurz sind. Dreht man den Warmwasserhahn auf, wird im Wärmeübertrager der jeweiligen Wohnungsstation frisches, kühles Trinkwasser durch das Heizwasser im Durchfluss erhitzt – schnell, bedarfsgerecht und gradgenau.
Transparente Wärmeflüsse, Regler-Fernzugriff
Hauseigentümer und Fachfirma können jederzeit beobachten, wie die Wärmetechnik arbeitet. Wärmepumpe, eXergiemaschine, die einzelnen Wohnungsstationen und der übergeordnete Systemregler VarCon380M von varmeco lassen sich via Internet beobachten und ggf. Parameter nachjustieren.
Das kontinuierliches Anlagen-Monitoring ist wichtig. Denn wenn die Anlage in Betrieb genommen wird, geht man zunächst von Annahmen aus. Das Nutzerverhalten im Alltag kann jedoch davon abweichen. Daher ist es sinnvoll, die Daten einer neuen Anlage über ein Jahr hinweg zu beobachten und das System entsprechend zu optimieren.
Das Monitoring und die Optimierung sind wegen des möglichen Fernzugriffs deutlich einfacher und mithilfe des Systemreglers lassen sich oft Verbesserungen erzielen, die mit den Regelungen der einzelnen Komponenten nicht umzusetzen wären. Mittels der Optimierungsmaßnahmen könnten die ohnehin verringerten Heizkosten in Zukunft also noch niedriger ausfallen.
Die 28-kW-Heizungswärmepumpe (links) und die eXergiemaschine (eXm) ergänzen einander: Die Heizungswärmepumpe bedient die Heizkreise mit ca. 36 °C Vorlauftemperatur, die eXergiemaschine hebt einen Teil der Niedertemperaturwärme auf ein Temperaturniveau von 65 °C für die hygienische Warmwasserbereitung.
Bild: Varmeco
Der Systemregler der Wärmetechnik (links oben) gestattet den Fernzugriff. Daneben die Wechselrichter der PV-Anlage, unten rechts ein Teil des Stromspeichers.
Bild: Varmeco
Die eXergiemaschine liegt in der 3- und 5-kW-Ausführung als kompaktes Wandgerät (Bild) und in den Leistungsklassen 5 bis 100 kW Wärmeleistung als Standgerät vor.
Bild: Varmeco
Ob direkt am Gerät, am Notebook, Tablet oder Handy: Die Betriebsbedingungen der eXergiemaschine sind einfach einsehbar und ein Parametrieren der Anlage auch aus der Ferne möglich.
Bild: Varmeco
Hier ist nicht nur der Druck im grünen Bereich: Aufgrund der Trennung der Temperatur und Quellen für die Heizkreise und die Warmwasserbereitung arbeitet die Wärmetechnik effizienter als eine konventionell geplante Wärmepumpen-Heizanlage.
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