In einer umfassenden Studie wurde die Effizienz von Wärmepumpen bei verschiedenen Warmwasserbereitungssystemen im Geschosswohnungsbau untersucht. Das Fazit: Alles entscheidend ist bei zentralen Systemen die geforderte Speicheraustritts- beziehungsweise Zirkulationstemperatur.
Das Gelingen der Wärmewende hängt davon ab, wie schnell die Wärme- und Warmwasserversorgung von Wohngebäuden auf elektrische Wärmepumpen umgestellt werden kann. Denn vom Gesamtenergieverbrauch in Deutschland (2,4 TWh) entfallen mehr als 50 Prozent auf Raumwärme (47 Prozent) und Warmwasserbereitung (10 Prozent). Die Wärmepumpentechnologie trifft dabei überwiegend auf zentral aufgebaute, bewährte Versorgungsstrukturen, die neben der Bereitstellung von Trinkwarmwasser zugleich gesundheitliche Schutzziele – vor allem den Erhalt der Trinkwasserhygiene – abdecken.
In einer gemeinsamen Studie haben das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg am Beispiel eines Mehrfamilienhaus-Neubaus mit 30 Wohneinheiten untersucht, wie stark unterschiedliche Konzepte zur Warmwasserbereitung (zentral beziehungsweise dezentral) die Effizienz (JAZSYS) von Wärmepumpen beeinflussen. Unterstützt wurde die Studie von Systemanbieter Viega, der seit vielen Jahren als Hersteller von Installationssystemen eine entsprechende Expertise zu diesem Kompetenzthema aufgebaut hat.
Ausgangsbasis für die Studie war ein Mehrfamilienhaus nach GEG-Standard mit 2270 Quadratmetern Wohnfläche. Für die Raumheizung war ein Energiebedarf von 52,4 kWh/m2a, für die zentrale Trinkwassererwärmung 24,3 kWh/m2a (9,9 kWh/m2a für Zapfung plus 14,4 kWh/m2a für Zirkulationsverluste) angesetzt – also rund ein Drittel des gesamten Energieaufwandes. Zur Deckung des Bedarfs gingen die Forschenden von insgesamt sechs verschiedenen Anlagentypologien aus. Neben dem Installationsklassiker mit zentralem Pufferspeicher, Frischwasserstation (Wärmetauscher) und Rücklaufeinschichtung gehörten dazu auch solche mit einem zweiteiligen Viega Durchfluss-Trinkwassererwärmer, mit einer Ultrafiltration (UFC) im Bypass der Warmwasser-Zirkulation, um Bakterien herauszufiltern, und dezentrale Wohnungsstationen.
Für die Wärmebereitstellung wurden zwei gängige Luft-Wasser-Wärmepumpen ausgewählt: Die „Hochtemperatur-Variante“ (HT) erreicht eine Vorlauftemperatur von 64 Grad Celsius bei einem COP von 3,6 (A2/W35). Die Niedertemperatur-Wärmepumpe (NT) bringt eine Vorlauftemperatur von 58 Grad Celsius und hat einen COP von 3,0 (A2/W35). Die Trinkwarmwasser-Temperaturen entsprachen dem DVGW-Arbeitsblatt W 551 (60/55 Grad Celsius); bei der Systemvariante mit UFC wurde mit einer Warmwasser-/ Zirkulationstemperatur von 48/45 Grad Celsius gerechnet. Hier trägt also zur Erreichung des Schutzziels „Trinkwasserhygiene das Entfernen von Mikroorganismen im Trinkwasser bei, und nicht wie üblich das Temperaturniveau.
Mit einem bemerkenswerten Effekt: Während bei Systemtemperaturen von 60/55 Grad Celsius die Wärmepumpen (unterstützt durch elektrische Zusatzheizung) nur vergleichsweise niedrige JAZSYS von 1,9 (NT; maximal 58 Grad Celsius) beziehungsweise 2,5 (HT; maximal 64 Grad Celsius) erreichen, kommt beispielsweise die NT-Wärmepumpe bei abgesenkten Systemtemperaturen auf eine JAZSYS von 2,7, da die Wärmepumpe den gesamten Wärmebedarf ohne Backup-Heizstab abdeckt.
Eine weiterführende wissenschaftliche Veröffentlichung für das peer-reviewed Journal Energies befindet sich derzeit in Bearbeitung. Der Arbeitstitel des Artikels lautet: „Enhancing Heat Pump Performance for Domestic Hot Water Preparation: A Comparative Analysis in Existing Multi-Family Houses“.
