Wärmepumpe für Neubau - Grundsätzliche Fragen

[Georges]

Guten Tag,
ich bin neu in diesem Forum und erhoffe mir Hilfe bei der Beantwortung einiger Fragen zum geplanten Hausbau. Es geht mir darum, dass ich bei den kommenden Gesprächen mit Bauträgern deren Vorschläge beurteilen bzw. meine Vorstellungen einbringen kann.

Aus diesem Grund bitte ich sowohl um kritische Anmerkungen zu meinen nachstehenden Vorstellungen als auch um Verbesserungsvorschläge. Dafür danke ich schon jetzt.

Gebaut werden soll ein 1-geschossiges Einfamilienhaus mit ausgebautem Dachgeschoss. Die Wohnfläche beträgt ca. 180 m², das Haus soll dem KfW-40-Standard entsprechen. Die Wärmeverteilung erfolgt über eine Warmwasser-Fußbodenheizung.

Meine bisherigen Vorstellungen:
Eine modulierende Wärmepumpe, die mittels eines Ringgrabenkollektors gespeist wird. Da direkt an das Baugrundstück angrenzend eine größere Feldfläche (Eigentum) ist, könnte ein einzelner Ring eine Länge von beispielsweise 180 m haben. Da es sich um gut leitfähigen Lehmboden handelt, könnten wahrscheinlich 2 Ringleitungen reichen.

Meine Fragen:

Zum Kollektor: Spricht aus technischer Sicht irgendetwas dagegen, den Kollektor hinsichtlich Rohrlänge und evtl. Rohrquerschnitt großzügig zu dimensionieren? Ich stelle mir vor, dass der Solerücklauf dadurch weniger stark abgekühlt wird.
Zur Wärmepumpe: Immer wieder liest man, die Wärmepumpe müsse genau auf die Wärmelast abgestimmt sein. Wie ist das bei einer modulierenden Wärmepumpe? Verliert da die Forderung der genauen Abstimmung an Bedeutung? Genügt es, wenn der Modulationsbereich die Heizlast abdeckt?
Zur Fußbodenheizung: Ich nehme an, dass die benötigte Vorlauftemperatur geringer ist, falls man bei der verlegten Rohrlänge nicht gespart hat. Macht es also, abgesehen von den Kosten, Sinn, mehr Rohr zu verlegen?

Für jegliche Stellungnahme bin ich dankbar. Ich bin kein Techniker, bitte daher um Verständnis, falls meine Vorstellungen falsch sind.

Jetzt noch eine Zusatzfrage. Ich möchte eine Photovoltaikanlage installieren, die einen möglichst großen Strombedarf abdeckt, neben dem normalen Haushaltsstrom auch den zum Betrieb der Wärmepumpe. Vermutlich wird im Sommerhalbjahr mehr Strom anfallen, als selbst verbraucht wird.
Ein Batteriespeicher wird derzeit wahrscheinlich unrentabel sein, ich denke daher an einen Warmwasserspeicher für das im Haus benötigte Brauchwasser. Überzähliger Strom der Photovoltaikanlage wird dann zur Wassererwärmung benutzt.

Sollte dieser Strom nicht ausreichen, muss eine andere Wärmequelle einspringen. Macht es Sinn bzw. ist es technisch machbar, dass dies durch die vorhandene Wärmepumpe erfolgt? Gibt es eine Wärmepumpe, die kurzzeitig mal auf Warmwasser mit entsprechend höherem Vorlauf umschalten kann?
Oder, macht es keinen Sinn, da eine Wärmepumpe mit in das System zu nehmen? Zumal es da mit Sicherheit Steuerungsprobleme gibt.

Danke für jeglichen Ratschlag!

 

[Austro-Diesel]

Fundiert kann ich mich nur zum Thema Photovoltaik äußern. Hier …

JRC Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) - European Commission

Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)

re.jrc.ec.europa.eu

… kannst du dir die Eträge deiner PV ausrechnen und auch recht genau die Tages- und Monatserträge anhand echter Einstrahlungsdaten an deinem Standort bekommen.

Vermutlich wird es auch bei dir so sein, dass im Winter grob ein Zehntel der Sommerleistung ankommt. Schlimmer ist noch, dass die Häufigkeit unterdurchschnittlicher Tage im kalten Halbjahr höher ist als umgekehrt. Bei diffusem Licht, wie es bei schlechtem Wetter üblich ist, gibt es keine Schatten, keine Vorteile für die Südseite, die Nordseite legt sogar zu und kommt auf ähnliche Stundenerträge. Leider sind die Ertragsstunden auch gezählt, meist kommt nur für 5 bis 6 Stunden nennenswert etwas raus, wo im Sommer durchaus 14 Stunden und mehr echte Leistung ankommt.

Daher zählt in der Heizperiode primär die Fläche, weniger die Ausrichtung. Sollte es möglich sein auch "nachrangige" Dachorientierungen zu belegen, dann denke gut nach, so billig wie jetzt bekommst du es nimmer, da Elektriker und Dacharbeiter bereits im Haus sind!

Zum Vergleich: Unser 2-Personen-Haushalt verbraucht (ohne Heizungsenergie) am Tag ca. 8 bis 12 kWh, je nach Waschmaschineneinsatz & Co. Unsere PV-Anlage mit 14,25 kWp kann im Dezember und Jänner diesen Energiebedarf im Mittel (!) zu ca. zwei Drittel abdecken, es gibt einzelne Tage mit etwas Überschuss und auch viele Tage hintereinander mit Defizit.

Wenn du nicht gerade ein Scheunendach vollzupflastern hast wird das also mit der PV-Versorgung durch die Wärmepumpe eher nichts. Und wenn drei schlechte Tage hintereinander kommen wäre eine Batterie erforderlich, die alle Grenzen sprengt. Ein Erdkollektor verbessert die Performance der Wärmepumpe, ein gut isoliertes Haus reduziert den Heizwärmebedarf generell. Aber mit einem PV-Strom- Defizit gibt es auch damit keine Lösung.

Ganz ohne Batterie zu planen ist aktuell kaufmännisch vielleicht kein Nachteil, jedoch kann auch niemand in die Zukunft blicken. Es mag sein, dass bald Überschüsse zur Mittagszeit, wo der Verbrauch einknickt, abgeregelt werden oder schlechter vergütet. Oder die Strombezugskosten so hoch sind, dass eine Batterie doch besser performen würde als erwartet. — Daher auf jeden Fall ein System wählen, dass den Anschluss einer potenten (Hochvolt-)Batterie ohne Basteleien zulässt.

Die billigste Variante, Heizenergie aus den Sonnenstunden in die Abend- und Nachtstunden mitzunehmen, ist ein Wärmespeicher, idR ein Puffertank mit einem größeren Volumen, der die mit der Wärmepumpe tagsüber gewonnene Wärme aufnimmt und in der Nacht langsam abgibt. Das braucht natürlich Platz und der Pufferspeicher verliert auch Wärme, daher sollte der innerhalb der Gebäudehülle so platziert sein, dass seine Abwärme nicht sinnlos verloren geht sondern das Gebäude wärmt. Ist das Haus in Planung ist so etwas gut berücksichtigbar — auch die Einbringung (Maße!) und die Statik sind hierbei ein Thema.

Daher: Einen ausreichend großen Heizraum, idealerweise zentral gelegen, einplanen. Damit rechnen, dass in der Lebensspanne des Hauses noch andere Technologien zum Einsatz kommen könnten, nichts "auf den Leib schneidern", Installationsschächte und Leerverrohrungen reichlich vorsehen.

Die Brauchwassererwärmung ist mit einer PV-Anlage entweder mit einem einfachen elektrischen Heizstab möglich (was einfach und preiswert funktioniert), mit der Heizungswärmepumpe (die dafür auf einen eigenen Warmwasserspeicher umschaltet) oder mit einer eigenen Brauchwasser-Wärmepumpe (die in der Regel auch einen zusätzlichen Heizstab enthalten).

Wenn schon eine Wärmepumpe für die Heizung existiert ist es wohl wirtschaftlich am empfehlenswertesten auch mit dieser das Brauchwasser zu bereiten. Der — immer empfehlenswerte, weil auch sehr günstige — elektrische Heizstab kann dann als Backup dienen, falls es mal zu einem Gebrechen kommt.

Und bei aller Fortschrittsgläubigkeit: Ein Haus ohne (Not-)Rauchfang im zentralen Wohnraum ist unvollständig.

 

[KarlZei]

ich bin neu in diesem Forum und erhoffe mir Hilfe bei der Beantwortung einiger Fragen zum geplanten Hausbau

Wo wird das Haus stehen? PLZ? Heizlast? Siehe Klimakarte | Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.
Ist eine Lüftungsanlage geplant?
Wann wird gebaut?
Wie viele Personen?

Zu den ersten Fragen: Ich halte von einer Überdimensionierung nichts. Erhöht nur unnötig die Kosten und den Ressourcenbedarf. Richtiges Dimensionieren ist angesagt ;-)

Gibt es eine Wärmepumpe, die kurzzeitig mal auf Warmwasser mit entsprechend höherem Vorlauf umschalten kann?

Das kann man heute als Standard ansehen.
Aber hier sollte man sich umfangreicher Gedanken machen. Es gibt mehr Möglichkeiten als den klassischen eher ineffizienten und potentiell wenig hygienischen WW-Speicher.

 

[Georges]

Vorab erst einmal Danke für die Hinweise und Bemerkungen zu meiner Anfrage.
Einige zusätzliche Informationen:
Das Haus ist in der Planung, der Bauantrag soll kurzfristig gestellt werden, das Grundstück ist in 32791 (Lage) vorhanden. Die Personenzahl ist derzeit 2, Zuwachs geplant; zudem könnte in einiger Zeit ein Elternteil hinzukommen.

Von daher wird "richtiges Dimensionieren" schwierig. Vorausschauend etwas auf Zuwachs zu dimensionieren halte ich daher für besser, als später mal teuer "nachzusteuern". Zumal, wenn die notwendigen Kosten (mehr Rohr für Erdkollektor, Fußbodenheizung) überschaubar sind und eine mögliche Überdimensionierung (meine "laienhafte" Vorstellung) durch eine modulierende Wärmepumpe aufgefangen wird.

Der klassische Warmwasserspeicher soll vor allen Dingen eingesetzt werden, um den in den Sommermonaten anfallenden Überschuss aus der Fotovoltaikanlage nicht "billig" ins Netz zu speisen, sondern als Eigenverbrauch zu nutzen.

Außerdem soll das System so geplant werden, dass es sich verändernden Rahmenbedingungen leicht angepasst bzw. dahingehend erweitert werden kann; sollten beispielweise Batteriespeicher stark im Preis fallen oder aufgrund sich verändernder Stromtarife wirtschaftlich sinnvoll sein. Ebenfalls, falls kleine Windkraftanlagen mal sinnvoll eingesetzt werden können. Kürzlich las ich beispielsweise, dass ein polnisches Start-Up Anlagen entwickelt, die als Zäune eingesetzt werden können.

Erscheint im Augenblick "gewöhnungsbedürftig", aber wer weiß, was demnächst so an Entwicklungen auf den Markt kommt und wie sich die Preise entwickeln.

 

[Austro-Diesel]

Der klassische Warmwasserspeicher soll vor allen Dingen eingesetzt werden, um den in den Sommermonaten anfallenden Überschuss aus der Fotovoltaikanlage nicht "billig" ins Netz zu speisen, sondern als Eigenverbrauch zu nutzen.

Das klingt gut, das ist gut. Nur zur Einordnung: der sommerliche Strom-Überschuss ist aber derart gewaltig, dass das warme Wasser nicht ins nennenswert Gewicht fällt, außer die PV-Anlage ist extrem knapp ausgelegt. Was wieder in der Übergangszeit eine Katastrophe ist.

Ebenfalls, falls kleine Windkraftanlagen mal sinnvoll eingesetzt werden können. Kürzlich las ich beispielsweise, dass ein polnisches Start-Up Anlagen entwickelt, die als Zäune eingesetzt werden können.

Windkraft ist ohne hohe Masten wegen der Turbulenzen der bodennahen Luft (und ganz besonders in der Nähe von Gebäuden etc.) keine attraktive Sache.

Ein paar hundert Watt gehen immer, aber das zählt nicht wirklich im Ganzen. Nur damit sich was dreht ... das lohnt sich nicht. Und daran is nicht die aktuelle Technik schuld sondern schlichtweg die Strömungsphysik.

 

[Georges]

Hallo Austro-Diesel,
nochmals danke für deine "einordnenden" Hinweise. Da ich kein Techniker bin und derzeit auch keine Zeit habe, mich tiefer einzuarbeiten, entwickle ich zwar Ideen, kann aber nicht anhand von Daten prüfen, ob die auch sinnvoll sind.

Deine Bedenken gegen die Windkraft teile ich, mehr aus dem Bauch heraus, als aufgrund eigener Berechnungen. So war ich überrascht, als ich vor einiger Zeit las, dass Zäune als Windkraftanlagen dienen könnten. Ob das mehr als eine Spielerei ist? Warum aber beschäftigt sich ein Start-Up damit, investiert Kapital und Arbeit in solch ein Projekt, was offensichtlich, so mein Bauchgefühl, nicht gelingen kann?

Siehe in Computerbild): Panel Wiatrowy: Dieser Zaun ist eine Windkraftanlage
(Leider kann ich das nicht als Link bereit stellen, das geht erst ab 5 Beiträgen)

Wie auch immer, wir werden abwarten und Tee trinken.

Es zeigt jedoch, dass man die Hausanlage so planen sollte, dass über geeignete Schnittstellen zukünftig ohne Probleme weitere Komponenten eingebunden werden können. Ich denke dabei beispielsweise auch an Batteriespeicher, die kostengünstig als Zweitverwertung auf den Markt kommen könnten. Dies könnte sein, sobald die Effizienz der Speicher für E-Autos nicht mehr ausreicht und die Batterien zu einer Zweitverwertung ausgebaut werden.