Multisplit-Wärmepumpen ersetzen Gasetagenheizungen in Mehrfamilienhäusern 

Beispiel: Einsatz von Luft/Luft-Wärmepumpen als Ersatz für Gasetagenheizungen

Motivation

Die LEG Immobilien SE aus Düsseldorf ist mit 167.000 Mietwohnungen und rund 500.000 Bewohnern ein großes börsennotiertes Wohnungsunternehmen. In den Wohnungsbeständen gibt es einen signifikanten Anteil an dezentralen Wärmeerzeugern – im Kerngebiet Nordrhein-Westfalen werden etwa 15 % der Wohnungen dezentral beheizt. Um für diese Wohnungen bei möglichst geringer finanzieller Belastung für die Mieter Lösungen zur Dekarbonisierung zu erarbeiten, hat die LEG den Einsatz von Luft/Luft-Wärmepumpen in Form von Multisplitgeräten getestet. Motivation für diese bei Einsatz von Grünstrom CO₂-freie Technik ist, dass keine Zentralisierung der Wärmeversorgung mit kostenaufwendiger Strangverlegung für Wasserrohre erfolgen muss und eine schnelle Umrüstung im bewohnten Bestand umgesetzt werden kann – auch im Fall einer Havarie.

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Die Gebäude

• Größe: Umsetzung in neun Pilotgebäuden in Duisburg und Leverkusen mit Wohnungen von 39 bis 80 m² Wohnfläche
• energetischer Zustand: unterschiedlich, verschiedene Baualtersklassen, unterschiedliche Sanierungsstände
• Ausgangszustand: dezentrale Wärmeversorgung, häufig Gas-Kombithermen, aber auch Einzelöfen
• Maßnahmen: 2022/2023 Rückbau der vorhandenen Heizungen, Installation der Splitgeräte, üblicherweise eine Außeneinheit mit drei bis vier Inneneinheiten.

Umsetzung der Maßnahmen und Ergebnisse

Umrüstung mit Außen- und Inneneinheiten
Eine Ausstattung der Wohnungen mit Inneneinheiten, die über Kältekreisläufe mit den Außengeräten verbunden sind, ist im bewohnten Zustand in ein bis zwei Tagen möglich. Die Installation der Inneneinheiten erfolgt üblicherweise über der Tür (in Abbildung links). Für drei bis vier Inneneinheiten wird ein Außengerät an der Außenfassade zur Erschließung der Außenluft als Wärmequelle über Ventilatoren installiert.
 
Sonderlösung für Bäder nötig
Die Inneneinheiten der Splitgeräte sind aufgrund der dort herrschenden hohen Luftfeuchte nicht für Sanitärräume geeignet. Daher sind Sonderlösungen zur Beheizung für Bäder nötig (zum Beispiel Infrarotstrahler).
 
Speicherlösung zur Trinkwassererwärmung
Die Trinkwassererwärmung erfordert andere Lösungen. Für Trinkwarmwasser-Wärmepumpen ist kein Platz vorhanden. Präferiert wurden elektrische Durchlauferhitzer. Die elektrischen Anschlüsse in den Wohnungen sind aber in der Regel nicht für die nötige Leistung (21 kW) dieser Geräte ausgelegt, sodass Speicherlösungen eingesetzt wurden (80-Liter-Elektroboiler mit 2 bis 6 kW).
 
Kondensatablauf für Kühlmöglichkeit im Sommer
Sollen die Geräte im Sommer auch zum Kühlen verwendet werden, muss der Ablauf von Kondensat aus den Innengeräten sichergestellt werden (zum Beispiel über Kondensatpumpen). Da der Strom für den Kühlbetrieb nicht als Betriebskosten vom Vermieter abgerechnet werden kann, ist die Kühlmöglichkeit vorerst nur dann freigeschaltet, wenn der Stromanschluss über die Mieter erfolgt.
 
Effizienz der Anlagen
Die Beheizung der Räume erfolgt über die Luftzirkulation (Raumluft wird vom Ventilator ins Innengerät angesaugt, dort erwärmt und dann wieder ausgeblasen) anstatt über den Wasserkreislauf in den Radiatoren. Das erfordert geringere Vorlauftemperaturen (Zulufttemperaturen), die eine höhere Effizienz der Wärmepumpen mit Jahresarbeitszahlen über 3,5 ermöglichen. Die Planungen sehen eine warmmietenneutrale Umstellung für die Mieter vor. Eine Fernwartung und Effizienzüberwachung der Anlagen werden angestrebt.
 
Technische Einweisung der Mieter
Der Umgang mit der neuen Technik und den Steuerungsmöglichkeiten der Innengeräte (Fernbedienung, App) wurde den Mietern erläutert.

Anlagenbeschreibung 

• Wärmepumpe:
  Luft/Luft-Multisplitgeräte, elektrische Anschlussleistung 1,8 bis 2,8 kW_el mit Heizleistungen 6,4 bis 10,5 kW_th, Betriebsart monovalent
• Trinkwarmwasser:
  dezentral, Elektroboiler oder elektrische Durchlauferhitzer
• Besonderheiten
  Sonderlösungen für Bäder (zum Beispiel Infrarotstrahler)

Erfahrungen aus dem Projekt (“Lessons Learned“)

Die größte Herausforderung bei der Umsetzung war laut LEG die Verfügbarkeit von Handwerkern. Daher wurde ein eigenes Team mit den nötigen Qualifikationen aufgebaut. 2023 wurde mit einem regionalen Fachbetrieb ein Joint Venture für den Roll-out gegründet. Der Installations- und Wartungsprozess soll standardisiert werden, um die Lösung perspektivisch über ein Contracting anbieten zu können.
 
Die Mietenden waren mit dem neuen Heizsystem überwiegend sehr zufrieden. Die Heizung über die Luft anstatt über Heizkörper wird als leise, schnell und angenehm empfunden. Bei den Außeneinheiten sollen weitere Optimierungsmaßnahmen den Schallschutz verbessern. Weiterhin werden Maßnahmen umgesetzt, um die Optik und Integration der Außengeräte in den Bestand zu verbessern und um Vandalismus zu verhindern.
 
Die Pilotinstallationen in den zuvor beschriebenen 9 Mehrfamilienhäusern liefen erfolgreich und konnten laut Leitfaden für 10.000 bis 12.000 € pro Wohnung (inklusive elektrischer Hausanschlussinstallation und Trinkwarmwasserlösung) umgesetzt werden, sodass die LEG die Umsetzung weiter standardisieren und in größerem Umfang ausrollen möchte. Ab 2027 sollen jährlich mehrere tausend Wohneinheiten mit Luft/Luft-Wärmepumpen ausgestattet werden.

Inhalte und Ziele des Leitfadens

Zentrale Inhalte des Leitfadens sind:

• Technische Grundlagen: Wärmepumpentechnik und -systeme sowie Versorgungskonzepte und Lösungsansätze im Quartier und bei serieller Sanierung.
• Rechtlicher Rahmen: Gebäudeenergiegesetz, kommunale Wärmeplanung, F-Gase-Verordnung (Kältemittel), Einbindung ins Stromnetz, Fördermaßnahmen.
• Praxisbeispiele: Erfahrungen aus umgesetzten Praxisbeispielen zeigen mögliche Konzepte, Projektdaten und Erfolgsfaktoren für Planung und Betrieb der Anlagen.
• Handlungsempfehlungen: Eine Checkliste bündelt relevante Erkenntnisse aus den Praxisbeispielen und weist auf wichtige Schritte hin, die beachtet werden sollten.

Der Leitfaden richtet sich insbesondere an strategische und technische Abteilungen von Wohnungsunternehmen und an diejenigen, die für die Planung und Koordination der anstehenden Prozesse zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung verantwortlich sind. Hinzu kommen Planer, Architekten und private Vermieter von Mehrfamilienhäusern.

Zahlen und Fakten zu Mehrfamilienhäusern

Laut Studie gibt es in Deutschland rund 3,3 Millionen Mehrfamilienhäuser (MFH). Darin befinden sich etwa 22,6 Millionen Wohnungen mit einer Wohnfläche von circa 1,6 Mrd. m². Zur Beheizung dieser Gebäude kommen folgende Systeme zum Einsatz:

• zentrale Systeme: 31,0 % Erdgasheizungen, 22,5 % Ölheizungen, 19,6 % Fernwärme, 3,3 % Elektrowärmepumpen.
• dezentrale Systeme: 10,8 % Gasetagenheizung und 4,6 % Stromspeicherheizungen.
  Der Rest verteilt sich auf Einzelöfen und sonstige Wärmeerzeuger.

Durch Sanierungen haben mittlerweile 20 % der Mehrfamilienhäuser die Effizienzklassen A und B (Endenergieverbrauch 30 bis 75 kWh/(m²•a)) sowie weitere über 50 % die Klassen C, D und E (75 bis 160 kWh/(m²•a)). Laut Leitfaden eignen sich diese Gebäude somit zur Beheizung mit Wärmepumpen.

Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern

Im Leitfaden werden Grundlagen, Varianten und Bauarten von Wärmepumpen sowie wichtige Voraussetzungen und Rahmenbedingungen zum Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern erläutert. Dabei geht es zum Beispiel um mögliche Aufstellorte der Außengeräte im und am Gebäude, am Standort verfügbare Quellen für die Wärmepumpe und um Temperaturen im Heizsystem. Hinzu kommen Ausführungen zu Betriebsvarianten der Wärmepumpen (zentral, dezentral, monovalent, bivalent), zu deren energetischer Effizienz (Leistungs- und Arbeitszahlen) und zur Planung von Wärmepumpenanlagen auf Basis der VDI 4645 „Heizungsanlagen mit Wärmepumpen in Ein- und Mehrfamilienhäusern – Planung, Errichtung, Betrieb“ (2023)

Praxis-Beispiele

Im Leitfaden werden folgende acht Beispiele zum Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern ausgeführt:

• Wärmepumpen-Kessel-Hybridanlage vor und nach Sanierung
• Luft/Luft-Wärmepumpen als Ersatz für Gas-Etagenheizungen
• Grundwasser-Wärmepumpe im Contractingmodell
• Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Wärme aus Erdsonden
• Wärmepumpen-Kessel-Hybridanlage mit Kombiquelle
• Hybridanlage mit Hochtemperatur-Wärmepumpe und Gas-Kessel
• Luft/Wasser-Wärmepumpe im Quartier
• Luft/Wasser-Wärmepumpe für Heizbetrieb.

Die Beispiele haben stets folgenden standardisierten Aufbau:

• Motivation
• Daten zum Gebäude
• Umsetzung und Ergebnisse
• Anlagenbeschreibung und Anlagenschema
• Erfahrungen aus dem Projekt („Lessons Learned“).

Der Beitrag wurde von Dr. Manfred Stahl für cci Wissensportal erstellt (Stand: Juli 2024)