Hamburg: Wärmepumpe verbessert Energieplus-Bilanz

Im Hamburger Stadtteil Wilhelmsburg entstand von April bis November 2010 aus einem typischen Siedlerhaus der 50er-Jahre ein CO2-neutrales Wohnhaus. Dieses energetisch sanierte Bestandsgebäude, das "LichtAktiv Haus", wurde mit einem ausgefeilten Energie-, Tageslicht- und Klimatisierungskonzept modernisiert, das höchsten Wohnwert und eine optimale Nutzung erneuerbarer Energie vereint. Im Zentrum des Wärmekonzepts steht dabei u.a. die Wärmepumpentechnik. Nachdem das zunächst integrierte Luftwärmepumpen-Konzept nicht die gewünschte Effizienz erbrachte, wurde diese 2015 durch eine Sole/Wasser-Wärmepumpe ersetzt.

Für die autarke nachhaltige ganzjährige Energieversorgung auf Basis regenerativer Erzeugung sorgte als Herzstück der Gebäudetechnik die „Solar Compleet-Anlage“, die Solarthermie mit einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl 3,7) kombinierte und den größten Teil des Bedarfs an Heizwärme und Warmwasser deckte. Die Wärmepumpe mit Solareinbindung nutzte sowohl die Sonne als auch die Umweltwärme aus der Luft zur Energiegewinnung.

Ein Ventilator saugte die Außenluft an und leitet sie durch die Außeneinheit. Die Wärme wurde an die Wärmepumpe abgegeben und anschließend direkt in das Heizungssystem geleitet. Auch der Energieertrag der integrierten 22,5 m2 großen solarthermischen Anlage lief direkt in die Wärmepumpe, wodurch keine Übertragungsverluste entstanden. Weil die Wärmepumpe unmittelbar in den Solarkreis eingebunden ist, erhöht sich der Wirkungsgrad um 25 Prozent (Jahressystemarbeitszeit 4,94) gegenüber einer herkömmlichen Anlage.

Eine Besonderheit des Solar Compleet-Systems war, dass die Wärmepumpe im Heizbetrieb nicht erst auf den Puffer heizt, sondern direkt in die Heizkreise fährt. So werden Abstrahlverluste durch den Speicher vermieden und der Energieaufwand ist niedriger, als bei herkömmlicher Pufferung im Speicher. Lediglich der erzeugte Wärmeüberschuss wird in einem Speicher eingelagert. Die Wohnräume werden über eine Fußbodenheizung temperiert. Die benötigte Restmenge an Energie für Haushaltsstrom, Beleuchtung, Hilfsstrom für Wärmepumpe und ähnliches sollte dann nur noch etwa ein Drittel des gesamten Energiebedarfs betragen.

Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung bestätigten, dass sich höchster Wohnwert und eine komfortable Nutzung erneuerbarer Energien auch bei der Modernisierung von Bestandsgebäuden verwirklichen ließ, einzig der zu hohe Stromverbrauch des eingesetzten Wärmeerzeugers trübte die positive Bilanz.

Deshalb wendeten sich die Verantwortlichen auch auf Empfehlung der begleitenden Wissenschaftler an den deutschen Wärmepumpenexperten Stiebel Eltron. Der Technologieführer analysierte Gebäude, Berechnungen, Verbrauchswerte und die vorhandene Anlage – und kam schnell zu dem Schluss, dass bei Verwendung der passenden Wärmepumpe und korrekter Installation eine deutliche Effizienzsteigerung möglich ist. Nachdem gemeinsame Simulationen mit dem Institut für Gebäude- und Solartechnik der TU Braunschweig ergeben hatten, dass die ursprünglich kalkulierten Verbrauchswerte nicht nur eingehalten, sondern sogar unterschritten werden können.

Daher wurde das alte Luftwärmepumpen-System gegen eine neue Stiebel-Eltron Wärmepumpe WPF 7 ausgetauscht. Mit der neuen Wärmepumpe erwarteten die Experten mehr als eine Verdoppelung der Effizienz der Heizungsanlage. Die WPF 7 ist eine Erdreich-Wärmepumpe mit einem COP von 4,85 und einer Wärmeleistung von 7,50 kW (bei B0/W35 nach EN 14511). Die Simulation sagte eine Jahresarbeitszahl von mindestens 4,4 voraus.

Die Wärmeenergie wird dazu in einem Kombispeicher SBS 1001, ebenfalls von Stiebel Eltron, vorgehalten. Gleichzeitig werden auch die Gewinne aus der vorhandenen Solarthermieanlage direkt in den Speicher geladen. Da die hygienische Warmwasserbereitung in dem Speicher im Durchlaufprinzip erfolgt, wird die Umweltenergie aus dem Erdreich und der Solaranlage dann – im Gegensatz zu bisher – direkt als Wärme genutzt.

Parallel zur Nutzung für Raumheizung und Warmwasserbereitung wird eventuelle überschüssige Sonnenenergie in die beiden 50 Meter tiefen Erdsonden geleitet, die so zusätzlich regeneriert und als saisonaler Speicher genutzt werden. Über die zugehörige Internet-Service-Gateway von Stiebel Eltron sind alle Daten und Einstellungen der Anlage von Familie Oldendorf, die von Hamburg Ottensen nach Hamburg Wilhelmsburg gezogen waren und nach einer Testphase das LichtAktiv gekauft haben, mit jedem Internetbrowser komfortabel und einfach aufruf- und editierbar.

Steckbrief:
Saniertes Wohngebäude aus den 50er Jahren in Hamburg-Wilhelmsburg

Objekt: Saniertes Wohngebäude aus den 50er Jahren
Strasse: Katenweg
Ort: 21109 Hamburg-Wilhelmsburg
Baujahr: 01.11.2010
Leistung in kW: 8kw
Wärmepumpen-Hersteller: Stiebel-Eltron Sole/Wasser-Wärmepumpe WPF 7
Beteiligte Unternehmen: HL-Technik Engineering Partner GmbH, TU Darmstadt, VELUX Gruppe
Anwendung: Heizen & Kühlen
Wärmequellen: Erdwärme
Technik: Sole-Wasser-Wärmepumpe
Quelle: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.
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