Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie der Wärmewende. Ihr Einsatz in Mehrfamilien-Bestandsgebäuden gilt aber noch als Herausforderung. Ein Forschungsprojekt realisierte Lösungen.

 

Im Verbundprojekt „LowEx im Bestand“ wurden Konzepte für den Einsatz von Wärmepumpen, Wärmeübergabe- und Lüftungssystemen in energetisch sanierten Mehrfamilienhäusern (MFH) analysiert, entwickelt und demonstriert. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, das „INATECH“ der Universität Freiburg und das Karlsruher Institut für Technologie haben jetzt den Abschlussbericht vorgelegt, der sich auch mit den beispielhaften Umsetzungen befasst.

62 Prozent der Gebäude wurden vor der ersten Wärmeschutzverordnung 1977 errichtet und verursachen rund zwei Drittel des Endenergieverbrauchs in dem Sektor, wie die Fraunhofer-Forscher feststellen. Wärmepumpen bieten nach den Erkenntnissen ein erhebliches Potenzial zur Absenkung der CO2-Emissionen, wenn man sie in sogenannten Low Ex-Systemen einsetzt. Diese arbeiten durch geringe Temperaturdifferenzen zwischen Heizmedium und Nutzwärme besonders effizient. Während sie in Ein- und Zweifamiliengebäuden im Neubau und im Bestand vermehrt eingesetzt werden, sind Wärmepumpen im Geschosswohnungsbau noch wenig verbreitet.

„Die Herausforderungen liegen hier in der höheren erforderlichen Leistung des Wärmeerzeugers und der Lage der Gebäude in dicht bebauten Quartieren. Zudem erfolgen die Wärmeübergabe und die Trinkwasserbereitstellung in diesen Gebäuden häufig mit hohen Vorlauftemperaturen“, erklärte dazu Jeannette Wapler vom Fraunhofer ISE. Die Lösungsansätze im Projekt hätten daher die Themen Quellenerschließung und die Absenkung von Systemtemperaturen in den Mittelpunkt gestellt.

In fünf Teilprojekten entwickelte das Forschungsteam gemeinsam mit Industriepartnern neue Low Ex-Komponenten und -systeme für Mehrfamilienhäuser. So wurde mit Viessmann im Projekt „Heaven“ ein Mehrquellen-Wärmepumpensystem umgesetzt. Es kombiniert die Vorteile der beiden Wärmequellen Außenluft und Erdreich, sodass nur eine reduzierte Bohrfläche benötigt wird.

In weiteren Projekten wurden ein Hybridsystem – Wärmepumpe in Kombination mit fossil befeuertem Wärmeerzeuger –, eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf auf Basis von Propan, fassadenintegrierte Lüftungsgeräte sowie Hochtemperaturwärmepumpen entwickelt.

Deutliche CO2-Reduzierung bei Bestandsgebäuden

In Kooperation mit der KES Karlsruher Energieservice GmbH realisierte das Team schließlich ein komplexes Energieversorgungskonzept für fünf Bestands-MFH mit 160 Wohnungen in Karlsruhe-Durlach. Alle Dächer wurden mit Photovoltaik-Anlagen belegt. Zwei Gebäude werden durch Wärmepumpen mit Spitzenlast-Gaskessel versorgt.

In einem der Gebäude kommt das mit Viessmann realisierte Wärmepumpensystem mit kombinierter Wärmequelle zum Einsatz. Drei weitere Wohnhäuser sind mit einem Nahwärmenetz verbunden, das von Erdgas-BHKW versorgt wird. Wärmepumpen, BHKW und PV-Anlagen sind miteinander verbunden und werden durch ein Energiemanagementsystem so gesteuert, dass die Wärmepumpen möglichst wirtschaftlich mit lokal erzeugtem Strom betrieben werden.

Im ersten Betriebshalbjahr erzielte die Heaven-Mehrquellenhydraulik eine CO2-Einsparung von 42 Prozent im Vergleich zum Projektstart. Gegenüber dem ungedämmten Erbauungszustand von 1963 sind es sogar 73 Prozent. Ein optimierter Betrieb, etwa mit geringerem Gaseinsatz, könnte die CO2-Emissionen künftig weiter senken.