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Heiztechnik und Einsatz von Abluftwärmepumpen

Wie funktionieren Abluftwärmepumpen? Wann kommen Sie zum Einsatz? Welche Konzepte gibt es, um die Abluft der Lüftung zur Wärmerückgewinnung zu nutzen?

Eine typische Abluftwärmepumpe wird heute eingesetzt, um in Häusern mit einer Lüftungsanlage, die in der Raumluft enthaltene Wärme zurückzugewinnen, bevor diese aus dem Haus ins Freie geblasen wird. Die Wärmepumpe kann dabei sowohl die Abluft nur zur Brauchwassererwärmung als auch zur Brauch- und Heizwassererwärmung nutzen.

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Funktionsprinzip von Abluftwärmepumpen

Energieeffiziente Neubautren als auch wärmegedämmte Altbauten verfügen heute aufgrund ihrer sehr luftdichten Bauweise über ein kontrolliertes Lüftungssystem. Dabei saugt ein zentral im Haus platziertes Lüftungsgerät die Abluft aus Bad, Toilette oder Küche und lässt durch den so entstehenden Unterdruck frische Luft über Zuluftschächte in der Gebäudehülle in z. B. Wohnzimmer, Schlafzimmer und Kinderzimmer nachströmen.

Aus energetischer Sicht wird häufig ein Kreuzwärmetauscher integriert, der die Wärme der warmen Abluft an die hineinströmende Zuluft abgibt und somit vorwärmt. Diese Wärmerückgewinnung vermindert dann den Wärmebedarf des Hauses insgesamt. Alternativ kann anstelle (teilweise auch zusätzlich) die Abluftwärme über eine Wärmepumpe zur Wassererhitzung nutzbar gemacht werden. Hierzu verfügt das Lüftungsgerät mit Abluftwärmepumpe ähnlich wie eine Warmwasser-Wärmepumpe über einen Wärmespeicher.

Wärmepumpeneinbindung in das Lüftungssystem

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Möglichkeiten, wie die Wärmepumpe innerhalb eines Hauses mit Lüftung zur Wärmerückgewinnung eingesetzt werden kann:

Nur Brauchwassererwärmung

In einer der am häufigsten vorkommenden Nutzungsvarianten wird die Abluftwärmepumpe nur eingesetzt, um aus der Abluftwärme das Brauchwasser zu erhitzen. Hierzu wird die Wärmepumpe mit einem etwa 200 bis 300 Liter (je nach Anzahl der Hausbewohner) fassenden Warmwasserspeicher kombiniert. Steigt der Brauchwasserbedarf an und kann nicht mehr alleine durch die Abluftwärme gedeckt werden, so schaltet sich in der Regel zusätzlich zur Abluftwärmepumpe ein weiterer Wärmeerzeuger wie z. B. ein elektrischer Heizstab oder eine evtl. vorhandene Gasheizung oder Solaranlage etc.

Die Abluft-Trinkwasser-Wärmepumpe SensoTherm BTW 200 von Brötje ist für Haushalte mit bis zu vier Personen konzipiert und lässt sich auch mit PV-Strom betreiben. (Foto: August Brötje GmbH, Rastede)
Die Abluft-Trinkwasser-Wärmepumpe SensoTherm BTW 200 von Brötje ist für Haushalte mit bis zu vier Personen konzipiert und lässt sich auch mit PV-Strom betreiben. (Foto: August Brötje GmbH, Rastede)

Brauch- und Heizungswasser

Die Abluftwärmepumpe wird aber auch eingesetzt, um neben dem Brauchwasser auch das Heizungswasser zu erhitzen. Das Prinzip ist dabei ganz ähnlich, nur dass dabei ein anderer, großvolumigerer Speicher zum Einsatz kommt, der ebenfalls das Heizungswasser (z. B. Kombispeicher) bevorratet. Bei dieser Einbindungsvariante ist die Abluftwärmepumpe vielfach größer ausgelegt und kann zusätzlich auch der Außenluft Wärme entziehen. Zudem ist auch hier eine elektrische Heizung oder ein Erdgaskessel zur Spitzenlastdeckung integriert. Ist eine Gasheizung integriert, so kann überdies ein Teil der Restwärme des Verbrennungsgases nach Austritt aus dem Kessel ebenfalls mit der Abluftwärmpumpe zusätzlich entwärmt werden.

Das Integralgerät LWZ 504 von Stiebel Eltron vereint die Funktionen Heizen, Warmwasserbereiten, Lüften mit Wärmerückgewinnung und Kühlen in nur einem Gerät. (Foto: STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG)
Das Integralgerät LWZ 504 von Stiebel Eltron vereint die Funktionen Heizen, Warmwasserbereiten, Lüften mit Wärmerückgewinnung und Kühlen in nur einem Gerät. Der Wärmeerzeuger ist eine hocheffiziente Abluft-Wärmepumpe mit invertergeregeltem Kompressor. (Foto: STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG)

Regelungstechnik von Abluftwärmepumpen

Die Steuerung der Abluftwärmepumpe wird über ein Display vorgenommen. Hier werden die Einstellungen des Benutzers eingegeben und die verschiedenen Komponenten wie zum Beispiel Ventilator, Wärmepumpe etc. geregelt. Per Knopfdruck lassen sich auch verschiedene Betriebsmodi wie Sommer- und Winterbetriebsarten oder Tagesprogramme für Temperaturabsenkung und Luftmengen einstellen.

Wird die Abluftwärmepumpe nur zur Brauchwassererwärmung eingesetzt, so ist die Regelung selbst relativ einfach. Je nach Brauchwassertemperatur wird dann die Abluft oder eine Zusatzheizung eingesetzt, um die nötige Temperatur im Brauchwasserspeicher zu erreichen. Etwas komplizierter sieht es aus, wenn die Abluftwärmepumpe auch zur Heizungsunterstützung herangezogen wird.

Aus heizungstechnischer Sicht wird die Wärme dabei über ein elektrisches Dreiwegeumschaltventil oder einen weiteren Warmwasserspeicher verteilt. Während sich bei der ersten Variante jedoch zwei verschiedene Temperaturen für jeweils das Trinkwarmwasser und für die Heizung unabhängig voneinander einstellen lassen, sind die Temperaturen bei der zweiten Anbindungsmöglichkeit thermisch miteinander gekoppelt. Die Heizungs-Vorlauftemperatur ist daher durch die gewählte Temperatur des Brauchwassers beschränkt. Viele Abluftwärmepumpen sind jedoch serienmäßig für die Steuerung eines zweiten Heizkreises mit einer anderen Vorlauftemperatur ausgestattet.

Der Abluftventilator kann auf den geplanten Volumenstrom entsprechend des Druckverlustes im Rohrsystem der Lüftungsanlage eingestellt werden. Dies erfolgt immer bei der Voreinstellung der Lüftung bei der Erstinbetriebnahme. Dabei wird auch der Mindestvolumenstrom voreingestellt. Wenn die Abluftwärmepumpe dann im Einsatz ist, schaltet der Abluftventilator dann automatisch in den eingestellten Mindestvolumenstrom.

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Hinweise zur Aufstellung und zur Zu- und Fortluft

Aufstellungsort

Das Abluftwärmepumpe sollte so aufgestellt werden, dass ein möglichst kurzes Rohrleitungssystem erreicht wird. Zudem sollte sie aufgrund von geringen Betriebsgeräuschen nicht direkt unter oder neben Wohn- oder Schlafräumen aufgestellt werden. Zur Ableitung von Kondenswasser muß ein Siphonanschluss vorhanden sein. Wenn die Siphonleitung durch unbeheizte Gebäudebereiche führt, sollte die Siphonleitung wärmegedämmt werden, um Vereisung zu vermeiden.

Zu- und Fortluft

Die Zuluftzuführung erfolgt dezentral über Zuluftelemente in der Gebäudehülle. Die Bemessung der Öffnungen sollte sich dabei an dem planmäßigen Zuluftvolumenstrom in der Wohnung richten, sodass kein größerer Unterdruck als 8 Pa gegenüber dem Freien auftritt. Teilweise gibt es hierzu temperaturgesteuerte Zuluftelemente, die über einen eingebauten Thermostat die Außentemperatur erfassen und die Öffnung des Ventils steuern.

Die Fortluftöffnungen können hingegen sowohl auf dem Dach als auch an der Wand angebracht werden. Dabei sollte ebenfalls auf einen ausreichenden Querschnitt entsprechend der ausgelegten Volumenströme geachtet werden. Um Probleme mit Winddruck zu vermeiden, sollten keine Öffnungen auf der Hauptwindseite angebracht werden. Und um Probleme mit dem Nachbarn zu vermeiden, sollten die Fortluftöffnungen der Abluftwärmepumpe nicht gegenüber von Fenstern des Nachbarhauses installiert werden.

Unterschiede von Abluft- und Fortluftwärmepumpen

Technisch, weniger im Sprachgebrauch, wird zwischen Abluft- und Fortluftwärmepumpen unterschieden, die von Herstellern von Lüftungssystemen, insbesondere von Passivhaus-Kompaktgeräten vetrieben werden. Fortluft-Wärmepumpen weisen häufig eine Heizleistung von rund 1 kW auf und sind eng mit den Abluft-Wärmepumpen verwandt. Da die Abluft des Passivhauses jedoch zunächst einen Zuluft-Abluft-Wärmetauscher durchläuft, bevor sie in die Wärmepumpe gelangt, ist das Temperaturniveau geringer und daher ist in Fortluftwärmepumpen immer auch eine Abtauvorrichtung vorhanden. Neuere Forschungsergebnisse legen zudem nahe, dass eine solche Abtauvorrichtung auch die Effizienz einer Abluftwärmepumpe steigern könnte.

Preise für Abluftwärmepumpen

Die Preise für Abluftwärmepumpen variieren sehr deutlich je nach Umfang der angebotenen Komponenten. So liegt der Preis allein für die Abluftwärmepumpen je nach Leistungsgröße zwischen 1.500 und 3.000 Euro. Zum Wärmepumpenaggregat selbst gehören jedoch je nach Einsatzzweck weitere Heizungs- und auch Lüftungskomponenten, die den Preis deutlich verteuern können. So kosten Systemkombinationen aus Abluft/Wasser-Wärmepumpen mit Wohnungslüftungs-System mit Wärmerückgewinnung mit einer Heizleistung von 5 kW bereits um die 10.000 Euro.

Weitere Anwendungsgebiete der Abluftwärmepumpe

Abluftwärmepumpen als Luft/Luft-Wärmepumpen

Neben Abluftwärmepumpen, die Warmwasser und/ oder einen Heizungswasserkreislauf versorgen gibt es auch technische Lösungen, bei denen ein zentrales Zuluft/Abluft-System mit einer Abluft/Luft-Wärmepumpe gekoppelt ist und so nicht Wasser, sondern die Luft erwärmt. Zum Einsatz kommen diese Luft/Luft-Wärmepumpen häufig in Passivhäusern, bei denen auf ein Wasser-Heizungsverteilsystem gänzlich verzichtet und die Luft als Wärmeträger genutzt werden kann.

Abluftnutzung in Gewerbe- und Industrieanlagen

Bei Gewerbe- und Industrieanlagen besteht auch die Möglichkeit, Raum- bzw. Abluft zu nutzen. Die Nutzung von Raumluft als Wärmequelle ist sinnvoll bei Gewerbebetrieben mit großen Mengen temperierter Abluft oder wenn eine Abkühlung der Raume erforderlich ist. So gibt es viele erfolgreiche Beispiele, bei denen die warme Abluft von Serverräumen zentral und auch dezentral z.B. pro Stockwerk gesammelt und zu Heizzwecken per Abluftwärmepumpe weiter genutzt wird. Besondere Anforderungen an die Materialeigenschaften stellen z. B. der Einsatz der Abluftnutzung von Kuh- oder Schweineställen, da diese Abluft stark amoniakhaltig ist.

Die Abluftwärmepumpe HHR 45 von thermea ist in das Nahwärmenetz der Fachhochschule Südwestfalen in Soest eingepasst und kann im Sommer die Mensa der FH allein durch die Abwärme der Lüftungs- und Kälteanlage versorgen. (Foto: thermea Energiesysteme GmbH)
Die Abluftwärmepumpe HHR 45 von thermea ist in das Nahwärmenetz der Fachhochschule Südwestfalen in Soest eingepasst und kann im Sommer die Mensa der FH allein durch die Abwärme der Lüftungs- und Kälteanlage versorgen. (Foto: thermea Energiesysteme GmbH)

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Weitere Informationen über Luftwärmepumpen

"So funktioniert die Abluftwärmepumpe" wurde am 05.02.2018 das letzte Mal aktualisiert.