Quellen-Verfügbarkeit für Wärmepumpen-Systeme in Mehrfamilienhäusern - Bericht zu AP 2.1

Ziel des Arbeitspaktes 2.1 und damit dieses Berichtes ist eine qualitative Potenzialabschätzung der verschiedenen Wärmequellen bzgl. ihres Einsatzes in Mehrfamilienhäusern (MFH). Zusätzlich werden die Rechenwege zur Quellen-Dimensionierung für gängige Wärmepumpen(WP)-Typen nach gebräuchlichen Normen und Richtlinien anhand von Beispielen vermittelt. Zunächst werden verschiedenste Wärmequellen mithilfe einer umfassenden Literaturrecherche bzgl. ihres Potentials für den Einsatz im Mehrfamilienhausbestand charakterisiert. Hierbei werden vorzugsweise technische und regulatorische Aspekte beleuchtet. Für einen quantitativen Vergleich der einzelnen Quellen miteinander wird mithilfe gängiger Rechenverfahren die Quelle einer Wärmepumpenanlage für ein Beispielgebäude dimensioniert. Um aus den so ermittelten Flächenbedarfen eine Potentialabschätzung tätigen zu können, muss der tatsächlich verfügbare Anteil an Flächen mitsamt seinen Randbedingungen zur Wärmequellennutzung bekannt sein. Zu diesen Bedingungen gehören beispielsweise die Bodenbeschaffenheiten bei Erdwärmesonden oder Dachorientierung bei Solarthermie-Systemen. Aus der beispielhaften Quellendimensionierung für einen Wohnkomplex mit 4 Wohneinheiten, auf einer Wohnfläche von 356 m² und einem Jahresenergiebedarf von 32.220 kWh, ergibt sich bei den gegebenen Randbedingungen (vgl. einzelne Berechnungen im Anhang) zum Beispiel ein Volumenstrom von 4.570 m³/h für eine Außenluft-Wärmepumpe (WP). Eine Grundwasser- Wärmepumpe benötigt mit 1-2 m³/h zwar nur einen Bruchteil dieses Volumenstromes, jedoch ist die lokale Verfügbarkeit von Grundwasser als Wärmequelle aufgrund geologischer und rechtlicher Rahmenbedingungen sehr begrenzt. Entsprechend lassen sich die Quellenarten bzgl. ihrer Effizienz und Verfügbarkeit wie in Abbildung 1 gezeigt einordnen: Von Hess et al. (2019) wurde eine Studien zur qualitativen Quellen-Verfügbarkeit im deutschen MFHBestand abhängig vom energetischen Stadtraumtyp, vom Gebäudetyp, von der Art des Untergrunds und der Art des WP-Systems (mono-energetisch oder bivalent) durchgeführt. Hier zeigte sich, dass in Reihenhaussiedlungen die Bivalenzpunkte der Anlage (-5 °C oder +2 °C), d.h. der Anteil des durch die WP gedeckten Gesamtbedarfs und auch der Sanierungsstandard (EnEV 2016 oder anspruchsvollere Sanierung) für die Beurteilung der Auskömmlichkeit der Freifläche als Quelle einer WP weitgehend irrelevant sind. Diese Faktoren sind jedoch bei geringer Flächenverfügbarkeit bei Blockrand-Bebauung oder bei Hochhäusern in City-Bebauung durchaus relevant. Die qualitative Quellen-Verfügbarkeit im deutschen MFH-Bestand stellt sich wie folgt dar:  Typische Reihenhaussiedlungen bieten i.d.R. ausreichend Platz um mono-energetische oder bivalente Luft- und Erdsonden-WP-Systeme zu installieren. Nur bei diesem Stadtraum-Typ sind zumindest für bivalente Systeme oft sogar flache Erdkollektoren möglich.  In Blockrand-Bebauungen sind Luft-WP in der Regel möglich, Erdsonden oft, aber stark abhängig von Grundstücksgröße, Bivalenz-Auslegungspunkt und Bodenart.  Grundstücke im Innenstadtbereich sind ohne zusätzliche Maßnahmen meist zu klein für die Quellen Luft und Erdwärme. Durch Maßnahmen wie z.B. Schallschutzhauben oder Einbau in den Dachstuhl können jedoch auch hier i.d.R. zumindest Luft-WP eingesetzt werden.  Für WP-Systeme im Innenstadtbereich sollten als Quelle photovoltaisch-thermische Kollektoren, Mehrquellen-Systeme oder kalte Fernwärmenetze in Betracht gezogen werden.