Erneuerbare vielseitig einsetzbar – Auswahl- und Einsatzkriterien für Wärmepumpensysteme
Für die Nutzung von Erneuerbaren Energien zur Wärmeerzeugung steht eine zunehmende Auswahl an Techniken auf dem Heizungsmarkt zu Verfügung. Dazu gehören u.a. Wärmepumpensysteme, die sowohl im Neu- wie auch Altbau einsetzbar sind und entsprechend den objektspezifischen Anforderungen ausgewählt werden müssen, um eine ausreichende Wärmeversorgung zu erzielen. Der Beitrag zeigt auf, was bei der Auswahl und dem Einsatz von Wärmepumpen beachtet werden sollte.
Neben geringeren Energieverbrauchskosten kommen bei Wärmepumpensystemen in der Regel auch niedrigere Betriebskosten gegenüber Öl- oder Gasheizungen zum Tragen.
Aufbau einer hybriden Wärmepumpen-Heizungsanlage: 1 Wärmepumpe, 2 Warmwasserspeicher, 3 Außenluftgerät, 4 Erdwärmekollektor, 5 eventuell zusätzlicher Solarkollektor.
Aufteilung der Jahresheizarbeit in Prozent am Beispiel eines hybriden Heizgerätes.
Hybride Heizgeräte erzeugen z.B. mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe und einem konventionellen Brennwertheizkessel die notwendige Heizenergie.
Mittels eines Pufferspeichers können die Laufzeiten der Wärmepumpe verlängert und so ein häufiges Takten des Systems verhindert werden.
In Schweden setzen bereits drei von vier Haushalten auf eine Wärmepumpe, aber auch in Deutschland wird die nachhaltige Technik zur Wärmeerzeugung immer populärer. So hat der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft in einer repräsentativen Umfrage festgestellt, dass bereits rund ein Viertel aller 2010 in Deutschland neu errichteten Wohnungen mit einer Wärmepumpe heizen. Aber auch bei Altbauten werden Wärmepumpen inzwischen öfters im monovalenten Betrieb oder im bivalenten Betrieb mit der Unterstützung eines Gas-, Öl- oder Feststoffkessels eingesetzt.
Verringerte Betriebskosten, gesenkter CO2-Ausstoß
Optimal eingesetzt erzielen Wärmepumpen deutlich geringere Energieverbrauchskosten als Öl- oder Gasheizungen. Daneben sind die Betriebskosten geringer, da die Kosten für Wartung und Schornsteinfeger niedriger ausfallen oder gar ganz entfallen. Durch die Nutzung regenerativer Energien als Energiequelle machen sie zudem unabhängig von steigenden Preisen für fossile Energieträger und stellen damit eine zukunftssichere Heizlösung dar.
Neben den Kostenfaktoren spielt auch der ökologische Aspekt der Wärmepumpe eine wichtige Rolle. Laut Studie des Instituts für Technische Gebäudeausrüstung Dresden (ITG) verursacht eine konventionelle Ölheizung bei einem Energieverbrauch von rund 37.000 kWh/a etwa 7500 kg CO2/a. Klimaschädliche Emissionen, die sich mit einer Wärmepumpe zum großen Teil bzw. gänzlich vermeiden lassen. Denn durch Nutzung der natürlichen Erdwärme oder der Außenluft fällt vor Ort kein CO2 an. Bezieht ein Hausbesitzer zudem noch regenerativ erzeugten Strom über einen Stromanbieter oder die hauseigene Photovoltaikanlage, läuft die Wärmepumpe auf vollständig ökologischer Basis.
Wärmepumpentypen
Neben den grundlegenden Wärmepumpentypen – Luft/Wasser-, Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen – kommen mehrere hybride Varianten zum Einsatz. Die Luft/Wasser-Varianten nutzten über ihre Außeneinheiten die Außenluft als Wärmequelle. Im Unterschied dazu entziehen die Sole/Wasser-Wärmepumpen Heizenergie aus dem Erdreich, die so das ganze Jahr über mit guten Wirkungsgraden laufen können. Im Gegensatz zur Luft/Wasser-Wärmepumpe sind bei diesen Anlagen die Investitionskosten allerdings deutlich höher, bedingt durch die Verlegung von Erdwärmesonden bzw. Erdwärmeflächenkollektoren. Unabhängig von dieser Situation hält z.B. Wärmepumpen-Experte Maik Zöhler vom Heiztechnikunternehmen MHG eine Tiefenbohrung im Allgemeinen für vorteilhafter: „Zwar ist die Bohrung sehr aufwendig, doch es rechnet sich mit höheren Energieerträgen. Denn aufgrund der konstanten und von den Jahreszeiten unbeeinflussten Temperatur im Erdboden arbeiten die Erdwärmesonden besonders effizient, sodass die Erdwärmepumpe ein Haus konstant über das komplette Jahr hinweg vollständig mit Wärme versorgen kann.“ Als dritten Typ gibt es noch die Wasser/Wasser-Wärmepumpe, die mittels einer im Boden befindlichen Förderpumpe Grundwasser als Wärmequelle nutzt. „Diese Wärmepumpenart lohnt sich jedoch meist nur bei sehr großen Anlagen mit hohem Wärmebedarf“, ergänzt Zöhler.
Hybride Wärmepumpen
Hybride Wärmepumpen vereinen die Funktionsweise unterschiedlicher Wärmepumpentypen in einem Gerät, wie z.B. eine Kombination aus Luft/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpe. Der Vorteil: Eine „intelligente“ Systemregelung prüft, welche Art der Wärmeerzeugung wirtschaftlicher ist und schaltet dann selbstständig auf die effizientere Technik um.
Komplettiert wird das Feld durch hybride Heizgeräte, die zum einen auf eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, zum anderen auf eine Wärmeerzeugung mittels konventioneller Brennwerttechnik setzen. Diese Systeme bieten sich durch ihre kompakte Bauweise insbesondere bei Platzmangel an. Auch hier wählt eine „intelligente“ Systemregelung je nach Höhe der Außentemperatur und Höhe der Kosten für den fossilen Energieträger den wirtschaftlichsten Energiemix.
Wärmepumpenauswahl
Fachhandwerker stehen oft vor der schwierigen Entscheidung, welches das geeignete und gleichzeitig effizienteste Wärmepumpensystem für das vorliegende Bauobjekt ist. Wärmepumpenberater Zöhler kennt diese Problematik: „Wenn sich ein Kunde nach einer Wärmepumpe erkundigt, ist die Einschätzung schwierig, welcher Wärmepumpentyp sich am besten eignet. Jeder Fachmann sollte deshalb zunächst prüfen, wie die Gegebenheiten vor Ort sind und wie hoch der Energiebedarf des Objekts ist. Denn nicht jeder Wärmepumpentyp eignet sich für jedes Haus.“
Radiatoren
Handelt es sich beispielsweise um eine Heizungsmodernisierung in einem Altbau, kann es durchaus sein, dass sich eine Wärmepumpe nur im bivalenten Betrieb mit der Unterstützung eines konventionellen Heizkessels eignet. Den bestimmenden Faktor stellt hier die benötigte Vorlauftemperatur des Heizungssystems dar: Wird der Altbau durch konventionelle Radiatoren beheizt, benötigen diese eventuell eine Vorlauftemperatur von über 55°C. Ein Sole/Wasser- bzw. Luft/Wasser-Wärmepumpensystem arbeitet allerdings in der Regel nur bis zu einer Vorlauftemperatur von 55°C effizient. Bei höheren Temperaturen kann neben den bivalenten Heizsystemen auch ein hybrides Heizgerät die Lösung sein. In Bezug auf die Wärmeübergabe an den Raum sollte auch überprüft werden, ob eventuell die Heizkörper überdimensioniert sind und mit einer geringeren Vorlauftemperatur betrieben werden können, sodass ein monovalenter Betrieb einer Wärmepumpe ausreichend sein kann. Zur Auswahl des System muss darüber hinaus auch gegebenenfalls der Wärmebedarf bzw. die benötigte Vorlauftemperatur für die Warmwasserbereitung berücksichtigt werden.
Flächenheizungen
Als ideales Wärmeverteilsystem bieten sich für eine Wärmepumpe vor allem Flächenheizungen an, bedingt durch geringe Vorlauftemperaturen. Die geringe Vorlauftemperatur beeinflusst zudem die Wirtschaftlichkeit des Wärmepumpensystems, die im Wesentlichen von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke abhängig ist. Je niedriger diese Differenz ist, desto besser ist die Arbeitszahl der Wärmepumpe. Beim Einsatz von Flächenheizungen müssen gegebenenfalls auch hier wieder die Anforderungen einer Warmwasserbereitung für die Auswahl des Wärmepumpensystems berücksichtigt werden.
Objektanforderungen
Bei den Gegebenheiten vor Ort ist zu prüfen, ob z.B. der Einbau von Flächenkollektoren oder eine Tiefenbohrung für Erdwärmesonden möglich sind. Meist muss hierfür eine behördliche Genehmigung eingeholt werden.
Ein wichtiger Faktor, der bei der Entscheidung für das geeignete Wärmepumpensystem herangezogen werden muss, ist der Wärmebedarf des Objekts. Handelt es sich um ein Einfamilienhaus mit einem jährlichen Energiebedarf von 15.000 bis 20.000 kWh, ist der Unterschied bei der Jahresarbeitszahl (JAZ) zwischen einer Luft/Wasser- und einer Sole/Wasser-Wärmepumpe so gering, dass der Fachhandwerker hier der wirtschaftlicheren Luft/Wasser-Wärmepumpe meist den Vorrang geben kann. Weist das Bauobjekt wie ein Mehrfamilienhaus oder ein Wohnkomplex dagegen einen deutlich höheren Wärmeenergiebedarf auf, so sorgt auch eine nur geringfügig bessere Arbeitszahl einer Sole/Wasser-Wärmepumpe im Dezimalbereich bereits für deutliche Einsparungen bei den Energiekosten. In Bezug auf den COP-Wert (Coefficent of Performance) einer Wärmepumpe empfiehlt es sich im Allgemeinen ein System auszuwählen, das im Vergleich einen höheren Wert hat.
Pufferspeicher
Installiert ein Fachhandwerker eine Wärmepumpe in einem Haushalt, der ganz oder zum Teil über geregelte Wärmeverteilungssysteme wie Radiatoren, Flachheizkörper oder einer Flächenheizung beheizt wird, so ist der Einsatz eines Pufferspeichers meist eine technische Notwendigkeit. Diese resultiert aus dem Prinzip der Kompression und anschließenden Entspannung des Kältemittels innerhalb des Wärmepumpenkreislaufs. Die Entspannung des Kühlmittels erfolgt nur dann, wenn die erzeugte Wärme auch tatsächlich abgegeben werden kann. Dies geschieht dann über den Pufferspeicher, der die Wärme aufnimmt, speichert und bei Bedarf abgibt. So können zudem für die Spitzenlasten im Heizbetrieb mehr Wärme zur Verfügung gestellt und die Laufzeiten der Wärmepumpe verlängert werden.
Einsparungen
Mit einer Erdwärmepumpe und der dazugehörigen Tiefenbohrung schrumpfen die Heizkosten im Einfamilienhaus (150 m², Wärmebedarf 16000 kWh) auf rund 570 Euro im Jahr, rechnet die Deutsche Energie Agentur (dena) vor. Die Kosten für eine komplette Anlage inklusive Tiefenbohrung liegen bei etwa 16.000 bis 20.000 Euro. Die Heizkostenersparnis kann gegenüber einer veralteten Ölheizung bis zu rund 70% betragen. Hinzu kommt die ökologische Einsparung, die bei vielen Kunden eine wichtige Rolle spielt.
Bilder: MHG Heiztechnik
www.mhg.de
