Hybridanlage wärmt ein Hochhaus

Das Wohnungsunternehmen betreut etwa 9.000 Wohnungen und ist damit der größte Anbieter von Wohnraum der Nordhessenmetropole Kassel. Die GWG will bis 2030 rund 70 % ihres Wohnungsbestandes mit Fernwärme versorgen, um steigenden Materialpreisen und Lieferkettenproblemen infolge des Ukrainekrieges zu begegnen. Etwa die Hälfte ist bereits an das Fernwärmenetz angeschlossen, weitere Wohnungen folgen.

Für rund 2.300 Einheiten ist das baulich bzw. technisch nicht umsetzbar. Bei diesen wird die vorhandene Gasheizung mit Luft/Wasser-Wärmepumpen ergänzt –teilweise in Kombination mit Photovoltaikanlagen. So lautet zumindest der ambitionierte Plan. Bis Ende 2023 sind dafür gut 1.000 Wohneinheiten vorgesehen.

Eine der ersten Hybridanlagen, die seit April dieses Jahres in Betrieb ist, befindet sich im Objekt Hoheneicher Straße 9, im Stadtteil Philippinenhof/Warteberg. Das Hochhaus mit 48 Wohneinheiten auf acht Etagen und einer Wohnfläche von 2.811m² stammt aus dem Jahr 1973. Bis vor kurzem wurde das Gebäude über eine 180 kW Gas-Brennwert-Heizung von 2007 (Heizlast ca. 135 kW/48W/m²) mit Wärme und Warmwasser versorgt. Seit 2005 wird zudem Strom aus einer Photovoltaikanlage 250 Wp (9,0 kWp) eingespeist: etwa 80 kWh/m²a (220.000kWh/a) für die Raumheizung und etwa 40 kWh/m²a für die Trinkwassererwärmung (TWE) (115.000 kWh/a).

Nach Ausbruch des Ukrainekrieges beschloss die Stadt Kassel, den Umbau der Energieversorgung voranzutreiben und setzt dabei vor allem auf ihre Tochter, die GWG. Geschäftsführer Uwe Gabriel erklärt, wie schrittweise vorgegangen wurde. „Wir planten im Rahmen eines Klimabündnisses millionenschwere Investitionen für den Einsatz moderner Hybridanlagen. Die Stadt übernahm dafür die Bürgschaft. Gemeinsam mit den Planern vom Büro energydesign Braunschweig, die uns in der energetischen und optischen Sanierung seit Jahren begleiten erstellten wir eine komplette Gebäudeanalyse unseres Bestandes.“

Günstige Voraussetzungen beschleunigten die Installation

Das Planerteam um Dipl.-Ing. Mathias Schlosser brachte dafür seine speziellen Erfahrungen ein und entwickelte eine skalierbare Lösung am Modell Hochhaus. Das kann später auf andere Gebäude einfach angepasst werden. „Wir gingen dabei ganz pragmatisch vor, filterten zunächst alle Gebäude mit 18 und mehr Wohneinheiten heraus. Denn die haben auch den höchsten Energieverbrauch und versprechen maximale Effekte. Bei 60 von 1.000 identifizierten Objekten wäre ein Fernwärmeanschluss möglich, wie die Stadtwerke bestätigten. Für die restlichen wäre die Installation einer Hybridanlage umsetzbar“, berichtet Mathias Schlosser. Eine Lösung, die den erwarteten Novellierungen europäischer Richtlinien und des deutschen Gebäudeenergiegesetzes entspricht.

Gestartet wurde mit dem Hochhaus in der Hoheneicher Straße. Es besaß dafür die besten Voraussetzungen. Schon 2005 erhielt es eine gedämmte Fassade und neue Fenster. Ebenso waren Keller- und Geschossdecken gedämmt. Die Rahmenbedingungen wie Stellplatz, Raumhöhe und Türbreite für die Wärmepumpen stimmen. Von Vorteil war auch, dass bereits ein hydraulischer Abgleich vorgenommen wurde. Ohne diesen würden die gesamten Effekte der Hybridanlage verpuffen. Durch das Gebäude führt eine Einrohrheizung. Jede Etage ist mit drei bis vier Wohnungen daran angeschlossen. Viele Bewohner beklagten jahrelang Wärmeverlust in manchen Räumen, in anderen eine Überheizung. Infolgedessen kam es zu hohem Energieverbrauch und diskutablen Heizkostenabrechnungen. Deshalb entwickelte die GWG die Patentlösung „indiControl“, mit der sie Volumenströme dynamisch steuern kann. Das System nutzt dafür separat regelbare Teilheizkreise. So kann flexibler auf den individuellen Wärmebedarf der einzelnen Bewohner reagiert werden. Über „indiControl“ wird der tatsächliche Verbrauch erfasst. Ein Vorteil sowohl für Mieter als auch für Vermieter. Allein der hydraulische Abgleich ergab, so Schlosser, Einsparungen von rund 25 %. All diese Voraussetzungen überzeugten die Stadtväter. Sie unterstützten die Maßnahme im Rahmen des Energiebündnisses Kassel mit einer Stadtbürgschaft pro Wohneinheit – bezogen auf alle 1.000 Wohneinheiten– mit 9.000 Euro Brutto, auch um ihrem Ziel, 2030 klimaneutrale Stadt zu sein, einen gravierenden Schritt näher zu kommen.

Heizkessel nur noch bei Bedarf nötig

In der Musteranlage im ersten Hochhaus (es gibt noch drei weitere dieser Art) arbeiten jetzt vier Stiebel Eltron Luft/Wasser-Wärmepumpen vom Typ WPL 25 A mit 15,6 kW (A2/W65). Sie sind hydraulisch und regelungstechnisch in einer Kaskade geschaltet, so dass sie möglichst zuverlässig, energieeffizient und kostengünstig funktionieren können. Dies zahlt sich besonders bei hohem Wärmebedarf aus. Im Vergleich zu einer einzelnen Wärmepumpe erhöht sich dann die Betriebssicherheit durch Redundanzfunktion.

Vier Wärmepumpen in Kaskade geschaltet arbeiten effizienter. Bild: Bärbel Rechenbach

„Die Gasheizungsanlage wird künftig nur noch bei Bedarf zugeschaltet. Der prognostizierte Bivalenzpunkt der Anlage liegt bei 0–3 °C. Das ist der Punkt, an dem die maximale Heizleistung der Wärmepumpe erreicht wird“, erklärt Schlosser weiter. „Unterhalb des Bivalenzpunkts übernimmt noch der Heizkessel die Deckung der restlichen Heizlast. Hauptsächlich werden mithilfe der Wärmepumpen die Wohnungen beheizt. Wir rechnen mit einem Anteil von über 80 %. Der Anteil beim Herstellen der Trinkwasserwärme beträgt weniger als 25 %. Momentan übernimmt das noch der Heizkessel als zweiter Wärmeerzeuger über die hydraulische Weiche.“

Ins Hybridsystem integriert sind zwei Pufferspeicher mit jeweils 1.000 l für die Raumheizung und zwei Durchlaufspeicher mit jeweils 1.500 l fürdie Warmwasserbereitung. Der Planer rechnet bei dieser Hybridanlage mit einer Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe von 2,9 (nur Wärmpumpengerät), was angesichts der Einrohrheizung mit 70 °C Vorlauf bei Außentemperatur –10 °C und Heizkörpern, einen sehr guten Wert darstellt. Die CO₂-Einsparung ist auf etwa 22 % (ohne PV-Anlage) prognostiziert.

Wärmepumpensystem mit zentraler Warmwasserbereitung nachgerüstet (Hybridheizungsanlage) Bild: Bärbel Rechenbach

Alle Parameter werden über ein Monitoring genau erfolgsorientiert überwacht, erfasst und ausgewertet –auch im Interesse des Wärmepumpenherstellers, der permanent an der Optimierung seiner Technik arbeitet. All das versetzt die Wohnungsbaugesellschaft in die Lage, systematisch den weiteren Einsatz von Hybridanlagen in ihrem Gebäudebestand zu planen und zu optimieren. Ihr Know-how wollen sie auch anderen Interessenten zur Verfügung stellen. Zwei wichtige Erfahrungen möchte der GWG-Geschäftsführer jetzt schon vermitteln. „Wenn Wärmepumpen im Bestand Sinn machen sollen, müssen die Stromtarife entsprechend angepasst werden. Es reicht auch nicht aus, die Wärmepumpen einzubauen, wie wir selbst erfahren haben. Genauso wichtig ist, es, die Mieter in den Umbauprozess mit einzubeziehen und Verständnis für die Funktion der neuen Technologie zu wecken. Denn Wärmepumpen sind besser als oftmals ihr Ruf.“