Flächenheizung und Wärmepumpe in Bestandsgebäuden

Flächenheizung und Wärmepumpe in Bestandsgebäuden

Referenten: Frank Hartmann (BDH) und Marcus Nitschke (BDH FA Wärmepumpe/BWP) Donnerstag, 29.04.2021

Flächenheizung und Wärmepumpe in Bestandsgebäuden

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Agenda

Vorstellung Fachbereich Flächenheizung/-kühlung, Fachabteilung Wärmepumpe und BWP Förderung

Modernisierungspotenziale – Modernisierungsmotive Die Wärmepumpe in der Modernisierung

Funktionsweise und kurze Systemübersicht der Flächenheizung/-kühlung Systemkomponenten

Auslegung und Dimensionierung Ideale Betriebsbedingungen Betriebsweisen

Inbetriebnahme, Übergabe, Dokumentation Fazit

BDH Fachbereich „Flächenheizung/-kühlung“ organisiert Hersteller von Systeme und Komponenten für Boden, Wand und Decke

www.flaechenheizung-bdh.deoder www.flaechenkuehlung-bdh.de

BDH Fachabteilung Wärmepumpe organisiert Hersteller von Wärmepumpen für die Gebäudebeheizung und Trinkwassererwärmung.

www.bdh-koeln.de/heizsysteme/waermepumpen

Der BWP ist ein Zusammenschluss von rund 500 Mitgliedern mit Sitz in Berlin.

Er ist Informant, Berater und Vermittler für die Wärmepumpenbranche im Aktionsfeld zwischen Wirtschaft, Politik und Kunden. Er steht für eine

professionelle Interessenvertretung entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

www.waermepumpe.de

Vorstellung Fachbereich Flächenheizung/

-kühlung, Fachabteilung Wärmepumpe und BWP

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Einführung: Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) ⁴

Überschrift Eingerückt Eingerückt Überschrift

Eingerückt Eingerückt

Einführung: Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) ⁵

Die BEG ersetzt die bestehenden Programme zur Förderung von Energieeffizienz und Erneuerbaren Energien im Gebäudebereich – darunter das CO₂-

Gebäudesanierungsprogramm (Programme Energieeffizient Bauen und Sanieren), das

Programm zur Heizungsoptimierung (HZO), das Anreizprogramm Energieeffizienz (APEE) und das Marktanreizprogramm zur Nutzung Erneuerbarer Energien im Wärmemarkt (MAP).

Die BEG ist in eine Grundstruktur mit drei Teilprogrammen aufgeteilt:

Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) Bundesförderung für effiziente Gebäude – Wohngebäude (BEG WG)

Bundesförderung für effiziente Gebäude – Nichtwohngebäude (BEG NWG)

Die BEG EM ist im Januar 2021 in der Zuschussvariante beim BAFA gestartet.

Die BEG NWG und BEG WG (Zuschuss- und Kreditvariante) sowie die BEG EM in der Kreditvariante sind zur Durchführung durch die KfW ab 1. Juli 2021 verabschiedet.

Fördersätze Systemische Maßnahmen Wohngebäude gültig ab 01.07.2021

Plus-Paket: EE-Paket, eigene Stromerzeugung, Stromspeicher, Lüftungsanlage mit

Wärmerückgewinnung, Visualisierung des Strom- und Wärmeverbrauchs

EE-Paket: 55% der Heizlast durch EE-Wärmeerzeuger NH-Paket: Nachhaltigkeitszertifizierung des BMI iSFP: individueller Sanierungsfahrplan

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Effizienzhaus Denkmal

Effizienzhaus 100 Effizienzhaus 85 Effizienzhaus 70 Effizienzhaus 55 Effizienzhaus 40

Grundförderung EE-Paket iSFP

0 5 10 15 20 25

Effizienzhaus 55 Effizienzhaus 40 Effizienzhaus 40 plus

Grundförderung EE-Paket/ NH-Paket Plusförderung

Neubau Sanierung

25 %

20 % + 2,5 % 15 % + 2,5 %

45 % + 5 % + 5 % 40 % + 5 % + 5 % 35 % + 5 % + 5 % 30 % + 5 % + 5 % 27,5 % + 5 % + 5 % 25% + 5 % + 5 % auf 120.000€ auf 150.000€ auf 150.000€

auf 120.000€ auf 150.000€

→Je nach Bezug

Fördersatz der Grundförderung entspricht der aktuellen bis 30.06.2021 gültigen KfW-Förderung der Programme 151, 152, 153

Wichtig!

BEG fördert nun Effizienzmaßnahmen der gesamten Heizungsanlage Effiziente Technik kommt zum Einsatz und

bietet Bauherren/Modernisierer Kostenoptimierung

Frühzeitige Planung der Gesamtmaßnahme ermöglicht optimale

Ausschöpfung der Förderquote (individueller Sanierungsfahrplan (iSFP)).

Dementsprechend Förderung von Wärmepumpe und Flächenheizung möglich Ganzheitlicher Fokus von Förderung und Modernisierung

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Status Quo der Modernisierungspotenziale: Bestandsgebäude in Deutschland

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Kleine Wohngebäude (1-2 Familienhaus) – bieten allein in ihrer Quantität ein sehr großes Potenzial, nicht nur für die energetische Gebäudesanierung und der Erneuerung der Wärmeerzeugung, sondern ebenso für die Erneuerung/Modernisierung der Wärmeübergabe.

Quelle: Zensus 2011

Modernisierungsgründe (Merkmale der Flächenheizung/-kühlung) ¹⁰

https://www.flaechenheizung-bdh.de/

Die Wärmepumpe in der Modernisierung ¹¹

DER GREEN DEAL IST „DIE MONDLANDUNG“ DER EU

CO₂-Emissionen bis zum Jahr 2030 um mindestens 55 % reduzieren.

Nutzung 40% erneuerbarer Energien bei Heizung und Kühlung bis 2030

ZIEL: Klimaneutralität bis 2050 in der EU

Die Wärmepumpe in der Modernisierung ¹²

WIESO DURCH WÄRMEPUMPEN?

Umweltwärme ist erneuerbar und dauerhaft verfügbar

Strom aus erneuerbaren Quellen

Effizienteste Technologie Heizwärme zu generieren

Thermische Energiequellen: Luft, Wasser und Erdreich Wärmepumpensysteme nach Art der Quelle

Nutzen erneuerbare Energien

Luft-Wasser Sole-Wasser Wasser-Wasser Abwasser-Wasser

Hybride Wärmepumpe (biv. Betriebsweise)

Luft-Luft

Erneuerbare

Energie Eiffizienz Einsparung

von Energie

COP

Verhältnis zwischen der Leistung (kW), die dem Kompressor zugeführt wird, und der Leistung, die die Wärme- pumpe als Wärme erzeugt.

SCOP

Durchschnittliche jährliche Effi-

zienzleistung der Wärmepumpe, in Deutschland gebräuchlich auch als JAZ bezeichnet.

Realistischer Vergleich von Wärme- pumpen über verschiedene Klima- zonen hinweg.

Wärmepumpen sind effizient

Erneuerbare

Energie Effizienz Einsparung

von Energie

Aber der Wirkungsgrad ist abhängig vom Δ t

Der theoretische Wirkungsgrad einer Wärmepumpe

Quelle: -14°C VLT 35°C 6,3

VLT 70°C 4,1 ↓45%

COP einer Hochtemperatur L/W-WP Messpunkt: -7°C

VLT 35°C 3,0

VLT 70°C 1,8 ↓40%

Merke: neben der Quellentemperatur, ist die VLT entscheidend für den

Wirkungsgrad der Wärmepumpe und somit für das gesamte Heizsystem.

𝜀_𝑚𝑎𝑥 = 1

𝜂_𝐶 = 𝑇_{𝑤𝑎𝑟𝑚} [𝐾]

𝑇_{𝑤𝑎𝑟𝑚} − 𝑇_{𝑘𝑎𝑙𝑡}[𝐾]

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

theoretische Wirkungsgrad

VLT (°C)

-10°C -14°C Vollast COP Kehrwert therm. Wirkungsgrad Carnot´scher Kreisprozess

Erneuerbare Energie

Einsparung von Energie Effizienz

Funktionsweise der Flächenheizung/-kühlung ¹⁶

Zwei Funktionen in einem System Heizen im Winter

Kühlen im Sommer

Thermische Kennwerte der Flächenheizung/-kühlung ¹⁷

Die Flächenheizung/-kühlung ist ein Niedrigtemperatursystem!

Tabellenwerte in Anlehnung an DIN EN 1264 und DIN ISO 7730

Die Auslegung nach

Heizlast ist die Grundlage für eine effiziente

Betriebsweise als

Niedrigtemperatursystem.

Systemkomponenten der Flächenheizung/-kühlung ¹⁸

Das Zusammenspiel sämtlicher Systemkomponenten ist Grundlage für einen effizienten und betriebssicheren Betrieb.

Systemkomponenten einer Wärmepumpen- Heizung ¹⁹ Kreisläufe und Komponenten:

:

- Quellenkreis - Arbeitskreis

- Senken- Verbraucherkreis Niederdruckseite:

Druckreduzierventil geregelt, Verdampfer

Hochdruckseite:

Verdichter (Kompressor), Verflüssiger

Kältemittel [KM]

Alle Wärmepumpen für die Modernisierung geeignet,

wenn das Wärmeübergabesystem angepasst wird. Auslegungs- ƞ^s

temperatur ^{LWP Geo WP} NT - Systeme (z.B. Flächenheizung) 35°C 135 - 150%

MT - Systeme (z.B. Konvektoren mit Gebläse- 37 – 45°C unterstützung)

HT - System (klassische Heizkörper) 55°C 120 - 135%

Für die Modernisierung geeignete Wärmepumpen ²⁰

Luft/ Wasser Sole/ Wasser Wasser/ Wasser

Deckenheizung/-kühlung in Nassbauweise Das Schienensystem

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Deckenheizung/-kühlung in den beiden Trockenbauweisen Die Modulbauweise

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Deckenheizung/-kühlung in den beiden Trockenbauweisen Die Registerbauweise

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Bei der Registerbauweise muss eine vollständige Auflage der Wärmeleitbleche auf die Trockenbauplatte (Wärmeverteilschicht) sicher gestellt sein, um eine funktionsgerechte Wärmeübertragung zu erreichen!

Wandheizung/-kühlung in Nassbauweise Das Schienensystem

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Wandheizung/-kühlung in Trockenbauweise Die Modulbauweise

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Jede Flächenheizung/-kühlung kann mit einer dezentralen Pumpenregelung ausgestattet werden.

Wandheizung/-kühlung in Trockenbauweise Die Registerbauweise

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Bei der Registerbauweise muss eine vollständige Auflage der Wärmeleitbleche auf die Trockenbauplatte (Wärmeverteilschicht) sicher gestellt sein, um eine

funktionsgerechte Wärmeübertragung zu erreichen!

Fußbodenheizung/-kühlung in Trockenbauweise ²⁷

Die Trockenbauweise der Fußbodenheizung/-kühlung ist auch in der Modernisierung möglich – die Aufbauhöhen sind zu beachten.

Fußbodenheizung/-kühlung in Nassbauweise ²⁸

Von links nach rechts: Tackersystem, Noppensystem und Klettsystem

Fußbodenheizung/-kühlung für die Modernisierung Das Dünnschichtsystem

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Dünnschichtsysteme eigenen sich für die Integration in Bestandsgebäuden

aufgrund der niedrigen Aufbauhöhen, nicht nur in Badezimmern, sondern auch in anderen Räumen.

Ebenso bieten Trockenbausysteme auch in der Modernisierung Vorteile durch deutlich geringeren Feuchteeintrag.

Veränderung des Bodenbelages bei bestehenden Fußbodenheizungen ³⁰

Betriebsweisen von Heizungs-Wärmepumpen ³¹

Heizen / Kühlen Trinkwarmwasser-Produktion

Flächenheizung (bei Kühlung > 16°C) Ventilatorkonvektor

(bei Kühlung ab 6°C) Kühlfunktion mit Heizkörper

nicht möglich Ventilatorkonvektor mit Entfeuchtung Flächenheizung ohne Entfeuchtung

Ideale Betriebsbedingungen ³²

für eine Flächenheizung/-kühlung….

Grundlage der Planung und Auslegung einer

Flächenheizung/-kühlung im Bestand ist, wie auch beim Neubau, eine Heizlastberechnung im detaillierten Verfahren nach DIN EN 12831!

Bei Kombination mit anderen Systemen der Wärmeübergabe ist auf die verschiedenen Auslegungstemperaturen

entsprechend der Leistungsbereiche zu achten!

Die Verwendung von auf das jeweilige System abgestimmten Komponenten (Systemkomponenten) um einen

bestimmungsgemäßen Betrieb sicherzustellen (Serviceleistungen der Systemhersteller)

Der systembedingte Mindest-Wärmeschutz (DIN EN 1264) ³³

Mindest-Wärmedurchlasswiderstände der Bauteile unterhalb der Systemrohre einer Flächenheizung/-kühlung

Beheizter Raum Unbeheizter oder unregelmäßig beheizter Raum

Auslegungs-Außentemperatur

0°C -5°C -15°C

Wärmedurchlass- widerstand R_λin

m²K/W 0,75 1,25 1,25 1,50 2,00

Nach DIN EN 1264, Teil 4, Tabelle 1

Die Flächenheizung/-kühlung kann auch an Außenbauteilen installiert werden. Allerdings ist dabei der Wärmedurchlasswiderstand zu beachten!

Ideale Betriebsbedingungen ³⁴

für eine Heizungs-Wärmepumpe

Niedrige Systemtemperaturen reduzieren den Stromverbrauch der Wärmepumpe durch einen besseren Wirkungsgrad um bis zu 45%.

Wärmepumpen sind für die Sanierung bestehender Gebäude besonders geeignet, wenn die Wärmeverteilung über ein

Flächenheizungssystem auf ein NT-Niveau abgestimmt ist.

Aufgrund der ca. 50% niedrigeren Leistungsabgabe der

Flächenheizung im sensiblen Kühl- gegenüber Heizbetrieb, sollte ein Vorschaltgefäß / Puffer das Wasservolumen um 10-15 l/kW vergrößern, um eine Taupunktunterschreitung und häufige

Schaltspiele der WP zu vermeiden.

Auslegung und Dimensionierung (VDI 4645) (Grundlagenermittlung) ³⁵

Bestandsaufnahme / Energetische Beurteilung des Gebäudes

„sinnvoller“ Einsatz der Wärmepumpe vs. energetischen Qualität des Gebäudes!

Bei Heizlast zwischen 80 und 100 Watt/m² kommt es durch Sperrzeit oder Trinkwassererwärmung zur Abkühlung.

Temperatur „Schwingen“ unkomfortabel.

Ab spezifischen Heizlast >100 Watt/m² reicht die Gebäudemasse als Puffer nicht mehr aus..

Temperaturabfall bewirkt eine erhebliche Komforteinbuße.

Energetische Qualität des Gebäudes ist ohne weitere Sanierungsschrittenicht ausreichend!

Grundlagenermittlung und Detailplanung (VDI 4645) ³⁶

Quelle: VDI 4645

Planung und Errichtung von Wärmepumpenanlagen in Ein- und Mehrhäusern (VDI 4645)

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Quelle: VDI 4645

https://www.vdi.de/richtlinien/unsere- richtlinien-highlights/vdi-4645

https://www.waermepumpe.de/fuer- handwerker/schulungen-nach-vdi-4645-1/

Vorgehensweise – vor Ort (Auslegung und Dimensionierung) ³⁸

Bestandsaufnahme vor Ort!

Heizlast nach DIN EN 12831-1 inkl. den Einzelraum-Heizlasten

Wärmeübergabe (Neubau / Altbau) (Flächenheizung / Heizkörper) /

Verlegeabstand für Flächenheizungskreis)

Kühlbetrieb hydraulische Schaltung, Taupunktüberwachung, Sommer/Winter- Umschaltung, Stellantriebe

Muster-Raumliste des Fachbereichs Flächenheizung/-kühlung ³⁹

Auslegung und Dimensionierung (VDI 4645) ⁴⁰

Trinkwassererwärmung

Ermittlung Zuschlag für TWE (Vorplanung) Vereinfachtes Verfahren im Ein-/

Zweifamilienhausbereich bis 10 Pers..

Ausführliches Verfahren zur Ermittlung der TWE über durchschnittliche Zapfprofile (DIN EN 15 450), in Anlehnung (EU)Nr. 814/2013, Anhang III

Tagesbedarf, Spitzenbedarf, Verluste

Quelle: Daikin

Auslegung und Dimensionierung (VDI 4645) ⁴¹

Dimensionierung und Auswahl der Betriebsweise der Wärmepumpe Heizlast + Trinkwassererwärmung (+ Verluste)

Bivalenzpunkt (biv. parallel)

Abschaltpunkt (biv. alternativ / teilparallel)

Quelle: Daikin Quelle: VDI 4645

Auslegung und Dimensionierung (VDI 4645) ⁴² Wärmespeicher und deren Dimensionierung

(Abtauung, Versorgungsunterbrechung, sowie Kühlbetrieb) Wahl der Wärmequelle (Erde, Wasser, Luft)

Anlagenkonzept (Steuerung und Überwachung der Quellen~, Kälte~, Heiz~

und Kühlkreise, Trinkwassererwärmung, ggf. weiterer Wärmeerzeuger) [Betrachtung Einbindung Solarthermie, Photovoltaik]

Inbetriebnahme, Übergabe, Dokumentation: Flächenheizung/-kühlung ⁴³

https://www.flaechenheizung-

bdh.de/publikationen/informationsblaetter

Inbetriebnahme, Übergabe, Dokumentation: Wärmepumpe ⁴⁴ Inbetriebnahme und Unterweisung

Wasserqualität VDI 2035 Blatt 1 und Blatt 2

elektrische Sicherheit nach DIN VDE 0100-600 und DIN VDE 0701-0702 Hydraulischer Abgleich

Regelungseinstellung und Systemoptimierung (Estrichtrocknung, Neubau)

Regelung der Wärmequelle, der Wärmepumpe, der Wärmeübergabe (Raumheizung/-kühlung), der Trinkwassererwärmung

Systemoptimierung (Heizkurve, Adaption, delta t)

Dokumentation(VDI 6026 enthalten Revisionsunterlagen alle Unterlagen und Angaben, die

zum Betreiben, Bedienen, Inspizieren, Warten, Instandsetzen, Verbessern notwendig sind. Berechnungen, Pläne, Schemas, Genehmigungen und Fachunternehmererklärung)

Unterweisung des Nutzers

• Ein- und Ausschalten der Anlage, sowie der Heizkreise/Trinkwassererwärmung

• Änderungen von Temperaturen

• Änderungen von Zeitfenstern

• Erklärung der Anzeigen (Regler- und Gerätedisplay, Druck- und Temperaturanzeigen)

Weitere Informationen …. ⁴⁵

www.flaechenheizung-bdh.de

Publikationen des BWP:

https://www.waermepumpe.

de/verband/publikationen/

Publikationen des BDH:

https://www.bdh-

koeln.de/service/publikationen

Mitglieder der BDH-Fachabteilung Wärmepumpe/BWP

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Mitgliedsunternehmen des BDH-Fachbereichs Flächenheizung/-kühlung

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Fazit: Die Wärmepumpe in der Modernisierung ⁴⁸

Nachhaltig

> Spart bis zu 10 t CO₂/p.a.

1

Hohe Förderung

> Energetisches Sanieren

Kühlfunktion

> 365 Tage Wohlfühlklima

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3

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Weitere Informationen unter www.flaechenheizung-bdh.de

www.bdh-koeln.de/heizsysteme/waermepumpen www.waermepumpe.de

Gerne stehen wir Ihnen nun für Fragen zur Verfügung!