Laut Verband Wärmepumpe Austria lag der Marktanteil von Wärmepumpen 2023 über 50 Prozent am Heizungsmarkt. Nicht nur im Neubau, auch im Altbestand wird die Wärmepumpe immer mehr an Bedeutung gewinnen. Um einen effizienten Betrieb zu garantieren, genügt es jedoch nicht, das jeweilige Wärmepumpenmodell bedarfsgerecht zu dimensionieren. Eine systematische Nachplanung und Anpassung des gesamten Wärmeverteilsystems sind notwendig. Der hydraulische Abgleich als zentrale Stellschraube einer Systemoptimierung nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein.
Zahlreiche Herausforderungen
Die Praxis zeigt, dass Wärmepumpen in der Regel veraltete Öl- oder Gasheizungen ersetzen. Die Wahl der passenden Wärmepumpe stellt die Haustechniker vor neue Herausforderungen. Es muss die gesamte Heizanlage hinter dem Wärmeerzeuger wie z.B. Verteilsystem aus Rohrleitungen, Umwälzpumpe, Armaturen oder Übertragungsflächen und die komplette Anlagenkonfiguration an die neuen Gegebenheiten angepasst werden. Dazu ist eine systematische Optimierung erforderlich, die den effizienten Betrieb des neuen Wärmeerzeugers sicherstellt, ohne dabei den Wohnkomfort zu beeinträchtigen. Wird dies versäumt, besteht die Gefahr, dass die Wärmepumpe ineffizient arbeitet und nicht die angestrebten Jahresarbeitszahlen erreicht. Im ungünstigsten Fall wird das Gebäude nicht ausreichend warm und es drohen sogar höhere Heizkosten im Vergleich zum alten Wärmeerzeuger.
Hauptziel jeder Nachplanung einer Wärmepumpen-Heizungsanlage ist die Absenkung der Vorlauftemperatur. Vorlauftemperaturen von 65 °C und mehr, wie bei fossilen Heizungen mit Heizkörpern im Bestand üblich, sind bei Wärmepumpen in der Regel nicht zielführend. Um eine hohe JAZ zu erreichen, sollte eine Vorlauftemperatur von 40 bis 50 °C angestrebt werden. Die besten Voraussetzungen dafür bieten Fußbodenheizungen. Aber auch bei Systemen mit Heizkörpern müssen die Temperaturen mindestens unter die 55 °C-Schwelle gesenkt werden.
Schlüsselrolle: hydraulischer Abgleich
Eine wichtige Stellschraube bei einer solchen Temperaturabsenkung ist der hydraulische Abgleich der Heizanlage, da er die Grundvoraussetzung für die effizienzoptimierte Anpassung des nachgelagerten Systems an den neuen Wärmeerzeuger schafft: Er regelt die Massenströme, sorgt so für eine bedarfsgerechte Verteilung des Heizwassers und ermöglicht dadurch eine optimale Nutzung der verfügbaren Wärmeenergie. Dadurch kann die angestrebte Raumtemperatur mit niedrigeren Vorlauftemperaturen erreicht werden als zuvor. Die besten Ergebnisse liefert ein dynamischer hydraulischer Abgleich. Kostenlose Softwaretools wie DanBasic 8 von Danfoss bieten nicht nur umfassende Unterstützung bei Berechnung, Armaturenauswahl und Dokumentation, sondern ermöglichen auch die zügige Umsetzung aller Schritte – von der Anlagenplanung über die Systemoptimierung bis zur Einstellung der Ventile.
Planung & Berechnung: DanBasic 8
Ursprünglich für die Planung von Heizanlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern konzipiert, können Tools wie DanBasic 8 auch die Nachplanung von Bestandsanlagen in Mehrfamilienhäusern unterstützen, wenn einfache Rechenwege und geeignete Armaturen gewählt werden. Nicht minder wichtig als die Nutzung solcher Softwaretools ist eine strukturierte Vorgehensweise, beginnend mit der Ermittlung der vereinfachten, raumweisen Heizlast. Diese hängt nicht zuletzt von Faktoren wie der Anzahl der Außenwände oder Fenster ab und kann deshalb selbst bei identischen Raummaßen stark variieren. Daher müssen die Transmissionsverluste errechnet werden – was sich in der Praxis oft schwierig gestaltet, da die U-Werte älterer Bauteile oftmals unbekannt sind. Der genannte Wärmedurchgangskoeffizient ist ein Kennwert für die Wärmeleitfähigkeit eines Materials. Je niedriger der U-Wert, desto besser die Wärmedämmung. Auch hierbei unterstützt die DanBasic 8 Software. Zu berücksichtigen sind neue Fenster oder eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. In Mehrfamilienhäusern, wo sich architektonische Grundrisse oft etagenweise wiederholen, können die Berechnungen durch die Definition von Raumtypen vereinfacht werden.
Heizflächen nachrechnen
Im Anschluss an die raumweise Heizlastermittlung wird die Heizleistung jedes Heizkörpers der Heizlast des jeweiligen Raums bzw. Raumtyps gegenübergestellt, um die Überdimensionierungsfaktoren zu ermitteln. Dieser Schritt ist mit Blick auf die folgende Berechnung der maximal notwendigen Übertemperatur der vorhandenen Heizkörper unerlässlich. Mit Systemspreizungen zwischen 8 und 25 K – in Abhängigkeit vom neuen Wärmeerzeuger mit bzw. ohne Pufferspeicher– kann nun recht einfach über den Heizkörperüberdimensionierungsfaktor jener Heizkörper ermittelt werden, der die sogenannte Absenkgrenze nach unten vorgibt. Mithilfe dieses Faktors lässt sich zudem auch feststellen, ob es eventuell Heizkörper gibt, die mit den neuen Gegebenheiten nicht Schritt halten können und deshalb ausgetauscht werden sollten.
Sind Heizlast und Heizkörperleistung bestimmt, werden per Berechnungssoftware die realen Massenströme und Rücklauftemperaturen ermittelt. Bei Mehrfamilienhäusern empfiehlt sich hier der Zwischenschritt, die Heizanlage durch Installation von Differenzdruckregelern vor den einzelnen Strängen in mehrere kleinere Verbrauchseinheiten zu unterteilen, die hydraulisch voneinander unabhängig sind. Diese Zonierung erleichtert die Durchführung des hydraulischen Abgleichs deutlich, da jede Zone für sich hydraulisch reguliert wird. Anschließend können über eine Druckoptimierung die Differenzdrücke über den Thermostatventilen abgesenkt und somit die Voreinstellwerte optimiert werden. Das führt in der Praxis zu einer weitaus besseren Regelgüte und damit Fremdwärmenutzung. Auf dieser Basis erfolgt dann die endgültige Parametrisierung von Thermostatventilen, Differenzdruckreglern und Umwälzpumpe. So kann etwa nach Optimierung der Massenströme die Pumpenförderhöhe oftmals noch reduziert werden.
