Starkes Öko-Duett: Wärmepumpe mit wasserführendem Ofen

Starkes Öko-Duett

Gibt es ein perfektes Heizsystem? Vielleicht nicht. Aber eine Luft/Wasser-Wärmepumpe im Tandem mit einem wasserführenden Kaminofen kommt diesem Ziel schon sehr nahe. Wir zeigen, wie sich die beiden regenerativen Heizsysteme kombinieren lassen.

Anlieferung und Aufstellen des Pufferspeichers sowie der Wärmepumpe

1 Alles vorbereitet: Der 1000 Liter-Pufferspeicher und die Luft/Wasser-Wärmepumpe werden im Technikraum neben dem Aufstellort des wasserführenden Kaminofens untergebracht.

3 Um Wärmeverluste zu vermeiden, wird der aufgestellte Pufferspeicher ringsherum mit einer effizienten, 20 cm starken Hartschaumdämmung aus Neopor und Polyesterfaservlies eingepackt. 2 Mit dem Abladen der Wärmepumpe und des Pufferspeichers beginnt die Installation des regenerativen Heizungssystems.

4 Für den Betrieb bei Temperaturspitzen von unter -10°C wird ein 9-kW-Elektroheizstab installiert. Dieser schaltet sich automatisch zu, wenn die Wärmepumpe nicht mehr ausreichend Energie bereitstellt und keine weitere Wärmequelle den Pufferspeicher ausreichend auflädt.

5 Hier wird die Pumpe mit Mischer für den Vor- und Rücklauf der Fußbodenheizung installiert. Im Vordergrund die bereits aufgestellte, aufgrund der mit direkter Kondensation besonders effizient arbeitende Luft/Wasser-Wärmepumpe der Firma Voß. R egenerative Energien zeigen den Weg aus der Energie- und Klimakrise, ihnen gehört die Zukunft und sie stehen prinzipiell in Hülle und Fülle zur Verfügung. Sie bieten Versorgungssicherheit, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und deren Lieferländern in relevantem Maß reduzieren. Dass der Bauherr, ein studierter Grafik-Designer mit viel Baupraxiserfahrung, bereits bei den Planungen 2019 für seinen 2022 fertig gestellten, rund 97 Quadratmeter großen, eingeschossigen KfW 40-Neubau in Holzständerbauweise auch bei der Heiztechnik konsequent auf Nachhaltigkeit und hohe Energieeffizienz gesetzt hat, erweist sich in der heu-

Installation der Wärmepumpe

1 Mit zwei Mann wird der große, leistungsstarke Verdampfer der Wärmepumpe zum vor dem Gebäude liegenden Aufstellort getragen. 2 Hierfür hat der Bauherr eigens ein Ziegelsteinfundament gemauert, in das der Installateur nun insgesamt vier Löcher für die stabile Verankerung des Gehäuserahmens des Verdampfers bohrt, in die dann…

3 … jeweils M8er-Dübel und eine Stockschraube für die korrosionsfesten Befestigungslaschen des Verdampfers gesetzt werden. 4 Danach kann der große Verdampfer der Splitanlage auf dem hergestellten Ziegelfundament fixiert werden.

5 Schön zu sehen: Die isolierten, kältemittelgeführten Leitungen werden unterhalb des aufgeständerten Neubaus in den Technikraum mit der aufgestellten Wärmepumpe geführt. Da die Isolierung der Leitungen nicht UV-beständig ist, erfolgt dieser Schritt durch ein Leerrohr. 6 Die Installation der Kältemittelleitungen darf nur durch einen qualifizierten Fachhandwerksbetrieb ausgeführt werden und muss absolut gas- und luftdicht erfolgen. Hier ist zu sehen, wie die passgenau abgelängten Kupferleitungen mit einer Expanderzange aufgemufft werden.

7 Danach werden die Leitungen fachgerecht gasdicht verlötet, so kann aus der Anlage keinerlei Kältemittel entweichen. 8 Hier werden im Technikraum noch die Heißgas- und Kondensatleitungen am Speicher angeschlossen.

9 Danach wird mittels eines 4-Wege-Manometers die Dichtheit der Leitungen überpüft. 10 Schön zu sehen: Der aufgeräumte Innenraum dieser effizienten, wartungsfreundlichen Luft/Wasser-Wärmepumpe. Im Vordergrund der Kompressor, dahinter rechts der Kältemittelsammler. 11 Nach Anschluss der kältemittelgeführten Rohrleitungen erfolgt durch Abdrücken der Anlage mittels getrocknetem Stickstoff die Überprüfung des leckagefreien Betriebs. Danach wird die Anlage vakuumiert, mit Kältemittel R 407 C befüllt und in Betrieb genommen. Hierbei werden sämtliche Bauteile auf elektrische wie mechanische Funktion getestet und die Einstellungen am Regler vorgenommen.

12 Mit dem Aufsetzen des stabilen, vor Witterung und Laubbefall schützenden Gehäusedeckels auf das Verdampfer-Element ist die Installation der Wärmepumpe abgeschlossen. Gut für die Nachbarschaftspflege und sich selbst: Aufgrund seines drehzahlgeregelten, sehr großen und langsam laufenden EC-Ventilators zählt der Verdampfer zu den leisesten Geräten am Markt.

tigen Lage als Glücksgriff: Zum Einsatz kam nämlich die durchdachte Kombination aus einem hocheffizienten, mit direkter Kondensation arbeitendem Luft/Wasser-Wärmepumpensystem und einem modernen sowie leistungsstarken, wassergeführten Kaminofen.

Dieses Zusammenspiel macht dem Bauherrn mit seiner fünfköpfigen Familie das Leben zumindest hinsichtlich explodierender Energiepreise und erheblicher Reduzierung klimaschädlicher CO2-Emissionen jetzt deutlich leichter. Vereinfacht gesagt entziehen Wärmepumpen dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Luft darin enthaltene Wärme und machen diese mit Hilfe von Strom nutzbar für die Heizung und Warmwasserbereitung. Möglich macht das ein technischer Prozess, der das niedrige Temperaturniveau der Umweltwärme auf ein für die Heizung gebräuchliches anhebt. Dazu nimmt ein Kältemittel thermische Energie aus der Umwelt auf. Es verdampft dabei und wird in einem in der Regel mit elektrischer Energie betriebenen Verdichter komprimiert. Mit dem Druck steigt die Temperatur, sodass das Medium Wärme an das Heizungswasser abgeben kann. Es kühlt ab, entspannt und verflüssigt sich, sodass der Vorgang erneut beginnen kann.

Jahresarbeitszahl wichtig

Das Verhältnis zwischen eingesetzter Leistung (Strom) zur damit erzeugten Wärme, die an einem bestimmten Lastpunkt (in der Regel bei Volllast) in den Heizkreislauf abgegeben werden kann, wird durch den COP-Wert („Coefficient of Performance“), auch „Leistungszahl“ genannt, ausgedrückt. Je höher der COP, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Ein COP von 4 bedeutet also, dass eine Wärmepumpe mit einem Kilowatt (kW) Strom vier Kilowatt Wärme bereitstellt. Gute COP-Werte liegen zwischen 3 und 5. Wärmepumpen mit

Installation des wasserführenden Kaminofens

1 Anhand der mitgelieferten Schablone wird der Platzbedarf für den Kaminofen und die exakte Lage der wasserführenden Vor- und Rücklaufleitungen bestimmt.

3 Blick in den Aufstellraum des wasserführenden Kaminofens mit den bereits in den Trockenestrich gefrästen Vor- und Rücklaufleitungen zum/ vom Pufferspeicher. 2 Der Kaminofen wird vom SHK-Fachmann über eine eigene Vor- und Rücklaufleitung an den 1000 Liter-Pufferspeicher angebunden.

4 Um Wärmeverluste zu vermeiden, wird die Warmwasserzuleitung vom Kaminofen zum Pufferspeicher mit einer temperaturbeständigen Rohrdämmung isoliert.

5 Die einzelnen Rohrstücke der Vor- und Rücklaufleitungen werden mittels einer hydraulischen Rohrpresszange wasser- und luftdicht miteinander verbunden und dann durch die Wand bis zum Technikraum geführt und dort … 6 … in das geschlossene Kreislaufsystem eingebunden.

7 Schön zu sehen: Der fertiggestellte, vom wasserführenden Kaminofen her kommende Heißwasserzulauf im Technikraum. Im Vordergrund rechts die Luft/Wasser-Wärmepumpe. 8 Vor- und Rückleitungen vom wasserführenden Kaminofen zum Pufferspeicher. 9 Der vorbereitete Aufstellplatz für den Kaminofen mit den Anschlüssen für Rücklauf Kessel, Entlüftung Kessel, Vorlauf Kessel sowie Rück- und Vorlauf thermische Ablaufsicherung (TAS).

einem COP-Wert von unter 3 sind in der Regel unwirtschaftlich. Da der COP-Wert jedoch im Labor unter Normbedingungen bestimmt wird, kann er nicht ohne weiteres „1:1“ auf die Effizienz einer bestimmten Wärmepumpen-Anlage in der realen Praxis, bei der die Bedingungen ständig variieren, übertragen werden.

Hier kommt dann die Jahresarbeitszahl (JAZ) ins Spiel: Die JAZ gibt an, in welchem Verhältnis die zum Betrieb der Wärmepumpe eingesetzte elektrische Energie und die von ihr erzeugte thermische Energie über das Jahr gerechnet stehen. Somit erfasst die JAZ die Strombedarfe für die Wärmepumpe selbst (wie Kompressor, Regelung) sowie für die Wärmequelle (wie Ventilator, Heizstab, Solepumpe). Heizungsumwälzpumpen und Speicherladepumpen sind nicht Bestandteil dieses Bilanzraums. Üblich sind auch hier normalerweise Werte zwischen 3 und 5.

Hohe Effizienz

Die hier gezeigte Luft/WasserWärmepumpe für die Grundversorgung des in allen Räumen mit Flächenheizung ausgestatteten Niedrigenergiehauses verrichtet ihre Arbeit nach dem Prinzip der direkten Kondensation (Wärmeabgabe) des Kältemittels im Pufferspeicher. Dabei entfallen mehrere, bei herkömmlichen Wärmepumpen erforderliche Komponenten wie Plattenwärmetauscher, Pufferladepumpe, Strömungswächter, Umschaltventile oder auch die hydraulische Verrohrung von der Wärmepumpe zum Pufferspeicher, was das System robust und weniger störanfällig macht und das bei gleichzeitig höherer Effizienz. So arbeitet die eingesetzte

10 Blick in den Aufstellraum vor Verlegung des Bodenbelags. 11 Großer Moment: Der transportsicher angelieferte wasserführende Kaminofen mit 11 kW Leistung wird ausgepackt …

12 … und passgenau zu den vorinstallierten Anschlüssen für Kaltwasser-Eingang (Rücklauf), TAS-Eingang, Warmwasser-Ausgang (Vorlauf) und TAS-Ausgang aufgestellt. 13 Oberseite des Kaminofens mit der Tauchhülse für den Temperaturfühler.

Wärmepumpe beispielsweise bei einer Außentemperatur (A) von bis zu -10°C und einer Vorlauftemperatur (W) von 50°C (A10/W50) ganz ohne Zuschaltung des elektrischen 9kW-Heizstabs (Herstellerangaben). Das führt zu hervorragenden COP-Werten: Bei A10/W35: 8,9 kW (COP 5,3), bei A2/W35: 7,1 kW (COP: 4,4) und bei A-7/W35: 5,3 kW (COP: 3,3). Bei starkem Frost reduziert sich die Leistungsfähigkeit 14 Inspektion des fertig installierten Verteilers für die einzelnen Regelkreise der Fußbodenheizung.

15 Wichtig für den Schutz des gesamten Heizkreislaufs vor Korrosion und Kalk sowie für einen anhaltend störungsfreien Betrieb: Befüllung des Systems mit entmineralisiertem Wasser nach VDI 2035-Richtlinie. 16 Zum Abschluss der Installation schaute der Chef noch persönlich vorbei: Peter Voß weist den Bauherrn in Bedienung und Steuerung der Wärmepumpe sowie der angeschlossenen Komponenten ein. 17 Letzter Akt: Anschluss des Rauchgasrohrs an den Kaminofen. Dazu schneidet der Ofensetzer noch das innenseitige Rauchgasrohr zu …

18 … um es dann fachgerecht und passgenau an das (hier vorinstallierte und außenliegende) Schornsteinsystem anschließen zu können. Aus Brandschutzgründen wird die Rauchgasleitung in doppelwandiger, isolierter Edelstahlausführung ausgeführt. 19 Der wasserführende Kaminofen ist installiert. Jetzt kann der Hausbesitzer das wohltuende Flammenspiel genießen, das nicht nur den Raum, sondern gleichzeitig auch das Heizwasser aufwärmt.

insbesondere von Luft/Wasser-Wärmepumpen oftmals so stark, dass Haus und Warmwasser mit nicht mehr ausreichend erwärmt werden können. Dann schlägt die Stunde des elektrischen Heizstabs - und hoher Stromverbräuche. Aber auch bei Temperaturen rund um den Gefrierpunkt sind Wärmepumpen mitunter träge und erwärmen die Wohnräume nur langsam. Der Einsatz eines wassergeführten Kaminofens mit moderner, sauberer Verbrennungstechnik ist dann sinnvoll.Er sorgt nicht nur für richtig Wohlfühlatmosphäre vor dem Feuer, sondern auch für ordentlich Energie zur Unterstützung der Wärmepumpe, sodass sich der elektrische Heizstab in der Regel erst gar nicht zuschaltet. Der in unserem Beispiel installierte Ofen mit 11 kW Nennwärmeleistung (NWL) weist einen Wirkungsgrad von mehr als 82 Prozent auf und zählt damit zu den effizientesten Produkten am Markt. Gleichsam liegen dessen Verbrennungswerte deutlich unter den gesetzlich vorgeschriebenen Normen. Beachtliche zwei Drittel (7,9 kW) der erzeugten Wärmeenergie überführt der Ofen in den 1000 Liter-Pufferspeicher. Gut ein Drittel der Wärme geht zur Freude der Bewohner über die Ofenhaut in den Aufstellraum. 

Weitere Informationen

Folgende Firmen waren an dem Projekt beteiligt: Luft/WasserWärmepumpe: LW08-BasicMaxiCOP longlife von Voß, www.voss-waermepumpen.de; Wasserführender Kaminofen: Solaro 2 W von Hersteller Droof, www.drooff-kaminofen.de; Installationsbetrieb: Heizbär & Eisbär GmbH, www.wir-reissens.de.