WOLF Hybridfachbericht - Gemeinsam stärker

Betriebsarten eines Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystems

Bei einem Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem gibt es hinsichtlich der Wärmebereitstellung drei typische Arten einer bivalenten Betriebsweise: alternativ, parallel und teilparallel. Eine wesentliche Rolle spielen dabei der Bivalenzpunkt (BP) sowie der Abschaltpunkt(AP), zwei feste oder (teil)variable Außenlufttemperaturwerte, welche projektspezifisch ausgelegt werden:

• Bivalent paralleler Betrieb: Oberhalb des BP sorgt nur die Wärmepumpe für die Wärmeerzeugung. Unterhalb des BP wird das Brennwertgerät gleichzeitig mit der Wärmepumpe betrieben.
• Bivalent alternativer Betrieb: Auch hier sorgt oberhalb des BP nur die Wärmepumpe für die Wärmeerzeugung. Unterhalb des BP wird nur noch das Brennwertgerät betrieben.
• Bivalent teilparalleler Betrieb: Oberhalb des BP ist nur die Wärmepumpe in Betrieb. Zwischen BP und AP sind bei beide Wärmeerzeuger aktiv. Unterhalb des AP wird nur noch das Brennwertgerät betrieben. 

Der Systemregler kann den Abschalt- und Bivalenzpunkt nach verschiedenen Kriterien (Führungsgrößen) ermitteln, die sowohl fest als auch variabel sein können. Typische Führungsgrößen sind: Wärmequellen-, Vor-/Rücklauf- und Außentemperatur sowie eventuelle EVU-Sperrzeiten bei Wärmepumpenstromtarifen. Variable Kriterien können z. B. sein: Photovoltaikstrom-Überschüsse, CO2-Emission und unterschiedliche Energietarife.

Welche Betriebsweise letztlich zur Anwendung kommt, hängt vom konkreten Projekt ab. Um die Zusammenhänge anschaulicher zu machen, werden nachfolgend zwei Marktsegmente beispielhaft näher betrachtet, die für Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsysteme besonders attraktiv sind – sowohl aus Sicht des Handwerkers, als auch aus der des Investors/Hausbesitzers: der Mehrfamilienhaus-Neubau und die Modernisierung im Eigenheimbereich.

Einsatz von Hybridsystemen im Mehrfamilienhausbereich

Vor allem in Ballungsräumen soll rasch Wohnraum für private Käufer sowohl zur Eigennutzung als auch zur Vermietung (als Kapitalanlage) geschaffen werden. Aufgrund begrenzter Bauflächen, hoher Grundstückspreise und möglichst kostengünstiger Baupreise liegen kleine und mittlere Mehrfamilienhäuser (MFH) bis etwa 16 Wohneinheiten voll im Trend. Doch wie lässt sich unter diesen Bedingungen ein möglichst kostengünstiges und zuverlässiges Heizsystem errichten, welches die Erfüllung der EnEV erleichtert und zudem die Verpflichtung des EEWärmeG zur Nutzung erneuerbarer Energien erfüllt? Der Einsatz von Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpe wird vom Erbauer (Bauträger, Generalunternehmer, privater Investor etc.) meist schon aufgrund der hohen Investitionskosten ausgeschlossen. Doch auch Luft/Wasser-Wärmepumpen mit großen Heizleistungen stoßen rasch an Grenzen: aufgrund der Anschaffungskosten sowie wegen ihrer Baugröße und Schallemissionen bei kleinen Grundstücken. Im MFH-Neubau (ohne Nah- und Fernwärmeanschlusszwang) spielt bei der Anlagenplanung zudem die Ausfall- und Betriebssicherheit eine wesentliche Rolle. Auch deshalb bietet sich der Einsatz von Brennwerttechnik in Kombination mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe an.

Hauptvorteile: 

• Bei der eingesetzten Luft/Wasser-WP, wie z. B. der BWL-1S(B) in Splitbauweise oder dem neuen Modell CHA-Monoblock von WOLF, kann die Heizleistung relativ klein gewählt werden. Dadurch ist die Wärmepumpe kostengünstiger und kompakter gebaut, arbeitet leiser und ist dennoch förderfähig. Als Brennwert-Heizgeräte mit teils deutlich höheren Heizleistungen empfehlen sich z. B. die WOLF-Gasbrennwertgeräte der Modellreihen CGB und CGB-2 bis 100 kW. Für das effiziente und sichere Zusammenwirken der Wärmeerzeuger sorgt ein intelligentes Regelungssystem, wie das WRS-2 von WOLF, welches optional auch eine App-, PC- und Smarthome-Anbindung, und somit auch eine Anlagenferndiagnose durch den Heizungsfachhandwerker, ermöglicht.
• Zwei redundante Wärmeerzeuger bieten dem Vermieter/Bauträger/Investor sowie dem Fachhandwerker zusätzlichen Ausfallschutz bzw. Schutz vor Beanstandungen. Denn Anlagenausfälle ziehen inzwischen immer mehr sofortige Mietminderungen nach sich.
• Hybridsysteme eignen sich hervorragend für den Einsatz von Wohnungsstationen zur Heiz- und Warmwasserversorgung, wofür sich reine WP-Lösungen nur bedingt empfehlen können.
• Die Trinkwasserhygiene bei Warmwasser-Speicherlösungen kann durch Hybridheiztechnik effizient sichergestellt werden. Auch hier drohen nämlich Mietminderungen, falls bei einem Legionellenbefall die Anlage außer Betrieb genommen werden muss. Mit Blick auf die Energieeffizienz stellt hauptsächlich das Brennwert-Heizgerät die notwendigen hohen Vorlauftemperaturen zur Verfügung.

Die Vorschriften des eingangs erwähnten EEWärmeG ließen sich zwar auch mit Brennwert-Heiztechnik und Solarthermiekollektoren erfüllen, was meist aber an den höheren Kosten scheitert. Bei einer bivalent-parallelen Betriebsweise mit einer Wärmepumpe lässt sich diese gesetzliche Vorgabe leichter erreichen, da der Deckungsanteil aus erneuerbaren Energien zur Wärmebereitstellung mindestens 50% beträgt und die Wärmepumpe in diesen Betriebsmodus so lange wie möglich läuft. Beispiel: Bei einem angenommenen Deckungsanteil der WP von 61 % beim Bivalenzpunkt 5 °C beträgt der Leistungsanteil nur 19 %. Zum Vergleich: Im bivalent alternativen Betrieb muss die Wärmepumpe bereits einen Leistungsanteil von 35% aufweisen, um einen Deckungsanteil von mind. 50 % zu erreichen. Hinweis: Soll die Wärmepumpe übers BAFA gefördert werden, ist ein Bivalenzpunkt von 2 °C (oder tiefer) vorgeschrieben. In diesem Fall läge der Leistungsanteil der WP im bivalent parallelen Betrieb bei mind. 31 %.

Einsatz von Hybridsystemen im Eigenheimbereich

Im Ein-/Zweifamilienhausbereich ist ein Brennwert-Wärmepumpen-Hybridsystem vor allem dann interessant, wenn eine Heizungsmodernisierung ansteht, und der Hausbesitzer...

• lediglich eine Teilsanierung an der Gebäudehülle unternimmt. Dazu gehören Einzelmaßnahmen wie der Fensteraustausch, die Wärmedämmung des Daches oder Dämmmaßnahmen an der Keller- und obersten Geschossdecke.
• eine umfangreichere Modernisierung zum Effizienzhaus plant und dazu eine KfW-Förderung nutzen möchte.
• eine BAFA-Förderung nutzen möchte.
• den Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen seines vorhandenen Öl-oder Gas-Heizsystems verringern und dazu eventuell auch eigenen Photovoltaikstrom einsetzen möchte. Dazu kann z. B. auch ein vorhandener moderner (Brennwert-) Wärmeerzeuger mit einer neuen Luft/Wasser-WP kombiniert werden. 

In der Regel verfügen beide Wärmeerzeuger über ähnlich große Heizleistungsgrößen. Dabei übernimmt die Wärmepumpe ganzjährig die Grundlast, während das Brennwert-Heizgerät bei Spitzenlasten sowie bei einem hohen Warmwasserbedarf (kurzzeitig) in Betrieb geht. Bei ähnlich großen Wärmeerzeugern, wie z. B. der Wärmepumpe CHA-10/400V in Monoblockbauweise sowie der Gas-Brennwerttherme CGB-2-20, ist es möglich, intelligente Betriebsweisen im WOLF Bedienmodul BM-2 zu hinterlegen:

• Ökonomisch: Es wird der Wärmeerzeuger mit dem zurzeit kostengünstigsten Energieträger verwendet.
• Ökologisch: Die Wärmepumpenlaufzeiten werden so lange wie möglich eingeplant. 

In Verbindung mit der EEBus-Schnittstelle und weiteren Zusatzkomponenten ermöglicht es das WOLF-Regelungssystem, den selbst produzierten Photovoltaikstrom mittels Energiemanagement intelligent zum Wärmepumpenbetrieb zu nutzen. Dadurch erhöht sich der Autarkiegrad spürbar, was zunehmend mehr Hausbesitzer gezielt anstreben. Etwas anders sieht die Situation aus, falls das Eigenheim umfassend energetisch saniert und die Heizkörper durch eine Flächenheizung ersetzt werden sollen. Dann dürfte meist der monovalente bzw. monoenergetische Einsatz eines Wärmepumpensystems wirtschaftlicher sein –vorausgesetzt, der Warmwasser-Bedarf ist generell nicht zu hoch.