Studie zur Wärmewende im Geschosswohnungsbau: Effizienz der Wärmepumpe hängt von Trinkwarmwasser-Temperatur ab
In einer umfassenden Studie des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und des Instituts für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) wurde die Effizienz von Wärmepumpen bei verschiedenen Warmwasserbereitungssystemen im Geschosswohnungsbau untersucht. Das Ergebnis: Entscheidend ist bei zentralen Systemen die geforderte Speicheraustritts- bzw. Zirkulationstemperatur.
Im nachfolgenden Blogbeitrag sind die wichtigsten Ergebnisse der Studie zusammengefasst.
In gut gedämmten Neubauten steigt der Energieaufwand für die Warmwasserbereitung prozentual am Gesamtenergiebedarf an – mit direkten Auswirkungen auf den COP von Wärmepumpen als Energiequelle. (Foto: Vaillant)
Was die Studie untersucht hat
Vom Gesamtenergieverbrauch in Deutschland (2,4 TWh) entfallen mehr als 50 Prozent auf Raumwärme (47 Prozent) und Warmwasserbereitung (10 Prozent). Das Gelingen der Wärmewende und damit die Reduzierung des CO2-Ausstoßes im Gebäudesektor hängen davon ab, wie schnell die Wärme- und Warmwasserversorgung von Wohngebäuden von beispielsweise Gas- und Ölheizungen auf elektrische Wärmepumpen umgestellt werden kann.
Die Wärmepumpentechnologie trifft dabei meist auf zentral aufgebaute Versorgungsstrukturen, die neben der Bereitstellung von Trinkwarmwasser zugleich gesundheitliche Schutzziele – 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 untersucht, wie stark unterschiedliche Konzepte zur Warmwasserbereitung (zentral bzw. dezentral) die Effizienz (JAZSYS) von Wärmepumpen beeinflussen. Die Untersuchung erfolgte am Beispiel eines Mehrfamilienhaus-Neubaus mit 30 Wohneinheiten. Unterstützt wurde die Studie von Viega.
Die Grafik verdeutlicht den energetischen Aufwand für die Bereitung von Warmwasser im Gebäudevergleich nach Baualtersphase. (Grafik: Kropp, M., Lämmle, M. (2023) Technisch-wissenschaftliche Analyse zur Energieeffizienz unterschiedlicher Trinkwasser Erwärmungssysteme im Vergleich, Studie des Fraunhofer ISE, https://doi.org/10.24406/publica-1731)
Der Studienaufbau
Ausgangsbasis für die Studie war ein Mehrfamilienhaus nach GEG-Standard mit 2.270 m² 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.
DAZU GEHÖRTEN:
- der Installationsklassiker mit zentralem Pufferspeicher, Frischwasserstation (Wärmetauscher) und Rücklaufeinschichtung
- Viega Durchfluss-Trinkwassererwärmer
- Viega Durchfluss-Trinkwassererwärmer, zusätzlich im Bypass von PWH-C eine Ultrafiltration (UFC), um ungelöste Nährstoffe und Bakterien wie zum Beispiel Legionellen aus dem Wasser zu filtern
- dezentrale Wohnungsstationen – einmal als 2-Leiter-, einmal als 4-Leiter-System
- Elektro-Durchlauferhitzer
Für die Wärmebereitstellung wurden zwei gängige Luft-Wasser-Wärmepumpen ausgewählt: Die Hochtemperatur-Variante (HT) erreicht eine Vorlauftemperatur von 64 °C bei einem COP von 3,6 (A2/W35). Die Niedertemperatur-Wärmepumpe (NT) bringt eine Vorlauftemperatur von 58 °C und hat einen COP von 3,0 (A2/W35). Die Trinkwarmwasser-Temperaturen entsprachen dem DVGW-Arbeitsblatt W 551 (60/55 °C); bei der Systemvariante mit UFC wurde mit einer Warmwasser-/Zirkulationstemperatur von 48/45 °C gerechnet. Hier trägt also zur Erreichung des Schutzziels „Trinkwasserhygiene“ das Entfernen von Mikroorganismen im Trinkwasser bei, und nicht wie üblich das Temperaturniveau.
Die oben stehende Grafik zeigt drei Varianten der zentralen Warmwasserbereitung, die im Rahmen der Studie untersucht wurden: mit einfachem Durchfluss-Trinkwassererwärmer (DTE; li.), mit zweistufigem DTE mit Rücklauf-Einschichtung der Zirkulation (Mi.) sowie zusätzlich mit Ultrafiltration (UFC) für eine hygienegerechte Absenkung der Systemtemperaturen. (Grafik: Kropp, M., Lämmle, M. (2023) Technisch-wissenschaftliche Analyse zur Energieeffizienz unterschiedlicher Trinkwasser Erwärmungssysteme im Vergleich, Studie des Fraunhofer ISE, https://doi.org/10.24406/publica-1731)
Das Ergebnis der Studie
Während bei Systemtemperaturen von 60/55 °C die Wärmepumpen (unterstützt durch elektrische Zusatzheizung) nur vergleichsweise niedrige JAZSYS von 1,9 (NT; max. 58 °C) bzw. 2,5 (HT; max. 64 °C) 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.
Ergebnisse der Studie zum Download
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Viele Grüße,
Ihr Viega Team
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