21. Februar 2022

Teil 3: Ausführungsvarianten und deren technischen Besonderheiten

In der Serie zur Planung und den Technologien von Luft/Wasser-Wärmepumpen standen in den ersten beiden Beiträgen (Teil 1 in Ausgabe 16/2021, Teil 2 in Ausgabe 18/2021) die Planungsschritte mit zahlreichen praxisrelevanten Details im Mittelpunkt. Im letzten Teil der Serie dreht sich nun alles um vier, teils grundverschiedene Konzepte von Luft/Wasser-Wärmepumpen und ihre jeweiligen Vorzüge bzw. technischen Besonderheiten.

Wärmepumpen sollten weitgehend genau auf die individuellen Voraussetzungen eines Objektes und den Wünschen bzw. Erfordernissen der Bewohner in puncto Wärme- und Warmwasserkomfort angepasst werden. Außerdem spielen zahlreiche weitere Aspekte – beispielsweise in der Beschaffenheit des Grundstücks – eine wichtige Rolle. Um bei allen Bedingungen die passende Technologie zur Verfügung zu haben und die größtmögliche Effizienz erreichen zu können, haben die Hersteller ein breites Portfolio an unterschiedlichen Produkten entwickelt. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen spielen insbesondere vier Varianten eine wesentliche Rolle im Markt, die in diesem Beitrag dargestellt werden. Beschrieben wird die jeweils deutlich vorherrschende Bauart:

• die Split-Version einer Luft/Wasser-Wärmepumpe,
• das Monoblockgerät mit Kältekreis im Außengerät,
• das Monoblockgerät mit Kältekreis im Innengerät,
• die komplett innen aufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpe.

Splitgerät mit Kältemittelkreislauf

Bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe in der Ausführung als Splitgerät mit einem Kältemittelkreislauf zwischen der Außen- und Inneneinheit, ist der Kältekreislauf geteilt. Die wichtigen Komponenten des Kältekreislaufs werden auf die zwei Einheiten verteilt: Das Außengerät umfasst i. d. R. den Verdampfer, den Verdichter sowie das Expansionsventil. Die verbleibenden Komponenten sind im Innengerät integriert. Die Verwendung von Kältemittel als Energieträger erlaubt herstellerabhängig größere Entfernungen zwischen Innen- und Außengerät als beispielsweise beim Einsatz von Heizungswasser.

Gleichzeitig ist der Energieverlust auf dem Transportweg von außen nach innen geringer als beim Medium Wasser. Die Dämmschale der Rohrleitungen ist bei Kältemittel deutlich kleiner. Auch der Durchmesser der Rohre ist vergleichsweis geringer. Der ausführende Fachhandwerksbetrieb benötigt jedoch einen Sachkundenachweis für den Umgang mit Kältemitteln – früher auch als „kleiner Kälteschein“ bezeichnet. Außerdem muss er das benötigte Werkzeug wie z. B. ein Evakuiergerät vorhalten.

Früher schrieb die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase eine jährliche Dichtheitsüberprüfung von Wärmepumpen mit geteiltem Kältekreislauf und einer Kältemittel-Füllmenge von mehr als 3 kg vor. Heute ist die weiterhin notwendige Dichtigkeitsprüfung an das jeweilige CO₂-Äquivalent des Kältemittels gekoppelt. Bei nicht hermetisch geschlossenen Kältekreisen, wie bei einer Split-Wärmepumpe, liegt die Grenze bei 5 t, bei hermetisch geschlossenen Kältekreisen bei 10 t.

Dabei beziehen sich die Berechnungen nicht auf den Kältekreislauf innerhalb des Gerätes, sondern auf die gesamte Kältemittel-Füllmenge inklusive der Verbindungsleitungen. Das heißt, bei einer großen Dis tanz zwischen Innen- und Außengerät ist das entsprechende CO₂-Äquivalent schneller erreicht – auch bei einer ggf. geringen Gesamt-Wärmeleistung der Wärmepumpe.

Einer der wichtigsten Vorteile der Split-Bauweise liegt in Ihrer Flexibilität. Die Komponenten lassen sich flexibel platzieren, das System ist bezüglich Leistungsanforderungen/-klasse gut skalierbar, und es sind nur geringfügige Eingriffe in die Gebäudehülle erforderlich. Zudem ist eine Luft/Wasser-Wärmepumpe in Splitausführung frostsicher. Die Investition in eine Split-Wärmepumpe ist in der Anschaffung oft etwas geringer als für ein Monoblockgerät. Bezüglich der Leistungen oder Schallemissionen bestehen keine Unterschiede zu Monoblockgeräten.

Monoblockgerät mit Kältekreis im Außengerät

Die Monoblock-Wärmepumpe vereint die zentralen Komponenten und Funktionen einer Wärmepumpe inklusive Kältemittelkreislauf in einem Gerät, welches aus der Wärmeenergie in der Umgebungsluft Heizwärme produziert. Bei der Außenaufstellung wird die Heizwärme über gut gedämmte, zumeist unterhalb der Frostgrenze verlegte Leitungen an den Wärmespeicher im Gebäudeinnern geleitet.

Die Gerätekonstruktion ist besonders übersichtlich, da sie sämtliche Komponenten in einem Gerät vereint. Dies vereinfacht und vergünstigt auch die Installation. Dafür muss insbesondere bei langen Zuleitungen und extremen klimatischen Verhältnissen besonderes Augenmerk auf die wasserführenden Verbindungsleitungen vom Außen-zum Innengerät gelegt werden. Weil es sich um einen herstellerseitig geschlossenen Kältekreislauf handelt, ist eine regelmäßige Überprüfung der Dichtheit nicht erforderlich. Und auch ein Sachkundenachweis wird für die Installation nicht benötigt. Denn der Fachhandwerker muss keine Arbeiten am Kältekreislauf durchführen. Es müssen aber Kenntnisse über die Eigenschaften des Kältemittels und die ggf. speziellen Aufstellbedingungen der Anlage vorhanden sein.

Monoblockgerät mit Kältekreis im Innengerät

Bei einem Monoblockgerät mit einem geschlossenen Kältekreislauf im Innengerät ist der Aufbau ähnlich. Hier befinden sich jedoch alle zentralen Komponenten und Funktionen der Wärmepumpe inklusive des Kältemittelkreislaufs im Innen-statt im Außengerät. Die Außeneinheit enthält lediglich den oder die Ventilatoren und den Wärmetauscher. Eine Besonderheit ergibt sich bei diesem Gerätekonzept im Energieträger, der in den Verbindungsleitungen zwischen Innen- und Außengerät eingesetzt wird. Hier kann Sole zum Einsatz kommen. Der Vorteil ist, dass diese durch den Zusatz eines Frostschutzmittels nicht einfriert. Eine Verlegung der Verbindungsleitungen wird in der Regel dennoch im frostfreien Bereich empfohlen, zu denen auch eine Rohrdämmung erforderlich ist.

Komplett innen aufgestellte Geräte

Bei dieser Wärmepumpen-Technologie sind alle Komponenten der Luft/Wasser-Wärmepumpe innerhalb des Gebäudes in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die Luft als Wärmequelle wird über Durchbrüche in der Gebäudehülle angesaugt und wieder abgeführt.

Da alle Komponenten der Wärmepumpe in einem Gerät untergebracht sind, ist eine technisch einfache, kompakte und vergleichsweise kostengünstigere Konstruktion möglich. Auch bezüglich Installation sind innenaufgestellte Monoblock-Wärmepumpen problemlos, was auch hier den Aufwand günstig beeinflusst. Für die Zu- und Ableitung der Umgebungsluft, der primären Wärmequelle, sind relativ groß dimensionierte (ab 50 x 50 cm) Durchbrüche durch die Gebäudehülle unumgänglich. Außerdem sollte unbedingt vorab geprüft werden, ob eine Einbringung zum gewünschten Aufstellort räumlich möglich ist. Nachvollziehbar muss die Wärmepumpe schalltechnisch vom Gebäude getrennt werden, um eine Schallübertragung auf Fundament oder Mauern sicher zu vermeiden.

Für Neubauten oder den sanierten Baubestand bieten die Hersteller bei diesen Wärmepumpen auch Lösungen mit integrierter zentraler Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung und hydraulischen Komponenten sowie Warmwasserspeicher in einem gemeinsamen Gehäuse an. Das spart nicht nur Platz bei der Aufstellung, sondern sorgt auch optisch für eine saubere Installation.

Einsatzkriterien der diversen Technologien

Grundsätzlich hat jede der vorgestellten Technologien von Luft /Wasser-Wärmepumpen ihre Vor- und Nachteile sowie ihre Daseinsberechtigung. Deswegen ist es umso wichtiger zu wissen, wann sich welche Kriterien welcher Technologie entscheidend in den Vordergrund spielen und so die Auswahl vereinfachen. Bezüglich der Effizienz der Wärmepumpen sind die Unterschiede zwischen den Aufstellungsvarianten nicht mehr so gravierend unterschiedlich, wie noch vor wenigen Jahren. Dafür können die örtlichen Gegebenheiten bei der Wahl der Wärmepumpen-Bauweise umso besser berücksichtigt werden.

Die Split-Bauweise ermöglicht dank der kompakten Maße beider Einheiten Flexibilität bezüglich Platzierung, Platzbedarf und Skalierbarkeit. Die notwendigen Eingriff e in die Gebäudehülle beschränken sich auf ein Minimum. Zudem sind längere Entfernungen mit der Kältemittelleitung realisierbar. Die Wärmepumpe in Split-Bauweise ist im direkten Preisvergleich mit anderen Luft /Wasser-Wärmepumpen meist etwas kostengünstiger in der Anschaffung.

Bei der außen aufgestellten Monoblock-Variante mit Kältekreislauf im Außengerät sind für die Installation nur kleine bauliche Eingriff e erforderlich. Es besteht nur vergleichsweise geringer Platzbedarf im Haus. Die Verbindungsleitungen müssen gut gedämmt sein und möglichst unterhalb der Frostgrenze verlegt werden. Die Entfernung zwischen Innen- und Außengerät sollte möglichst gering sein, um Wärmeverluste zu minimieren.

Beim Monoblockgerät mit dem vollständigen Kältekreislauf im Innengerät gelten prinzipiell die gleichen Bedingungen wie bei der zuvor beschriebenen Variante. Jedoch spielt bei der Variante mit der Sole-gefüllten Verbindungsleitung der Abstand zwischen Innen- und Außengerät eine untergeordnete Rolle.

Mit der komplett innen aufgestellten Variante ist eine technisch kompakte Konstruktion gegeben. Auch bezüglich der Installation sind innen aufgestellte Wärmepumpen weitgehend leicht realisierbar. Für die Zu- und Ableitung der Luft-Wärmequelle sind jedoch relativ groß dimensionierte Durchbrüche durch die Gebäudehülle unumgänglich. Die Möglichkeiten zur Installation reichen je nach Situation von der Aufstellung im Keller bis hin zur Platzierung im Dachgeschoss.

Bei allen Wärmepumpen-Technologien sollten die früher oft als Auswahlkriterium relevanten Schallemissionen keine entscheidende Rolle mehr spielen. Natürlich sind alle Kriterien, die in Teil 2 der Serie ausführlich für die Planungsphase und Aufstellung der Wärmepumpe geschildert worden sind, einzuhalten. Dank erheblicher technischer Weiterentwicklung – insbesondere der Ventilatoren und deren Flügel – sowie wirkungsvollerer Schalldämmung der anderen Systemkomponenten, sind moderne Luft /Wasser-Wärmepumpen akustisch meist nur gering wahrnehmbar.

Bilder: Vaillant

www.vaillant.de