Wärmepumpen - Grundlagen. Kennzahlen: Wirkungsgrad, Leistungszahl und Jahresarbeitszahl; Physikalische Grundlagen, Aufbau und Funktion; Kältemittel; Klassifikation; Wärmequellen.

Begriffe und Kennzahlen: Wirkungsgrad, Leistungszahl und Jahresarbeitszahl; Physikalische Grundlagen, Aufbau und Funktion; Kältemittel; Klassifikation; Wärmequellen.

Elektrische Kompressionswärmepumpen - Grundlagen
Wärmepumpenprinzip: Nutzung von Umweltenergie Unsere Erde ist ein gigantischer Wärmespeicher der Sonnenenergie. Die Umweltenergien haben ein niedriges Temperaturniveau (ca. 7 bis 10°C), welches mit Hilfe der Wärmepumpe auf ein höheres nutzbares Niveau (20°C) "hochgepumpt" wird. Dazu benötigt man etwas Strom für den Verdichter. Die Stromkosten sind aber nur der kleinere Teil von der gewonnenen Wärmeenergie. Erfunden wurde die WP schon 1855 von Peter Ritter von Rittinger. Diese wurde in der Saline Ebensee bei der Salzgewinnung erstmalig eingesetzt. Oberflächennahe Geothermie Die mittlere Oberflächentemperatur der Erde beträgt z. Z. im Mittel ca. 13°C. Der Anteil des geothermischen Wärmeflusses beträgt unmittelbar an der Oberfläche ca. 0,1 W/m². Bis zu einer Tiefe von ca. 15 m dominiert die thermische Beladung des Bodens durch direkte Sonneneinstrahlung und Niederschlag (-> saisonaler Wärmespeicher). Zwischen 15 und 20 m Tiefe befindet sich eine neutrale Zone, in der der Oberflächeneinfluss abnimmt und der geothermische Wärmefluss aus dem Erdinneren dominiert. Hier herrschen konstant Temperaturen von > 10°C über den gesamten Jahresverlauf. Der Temperaturanstieg beträgt ca. 3 K/100 m (in 400 m > 20°C). In Tiefen > 400 m beginnt dann die Tiefen-Geothermie. Jahrestemperaturverlauf im Erdreich > Grafik Energiekosteneinsparung Bei einer Arbeitszahl z. B. von 4 werden ca. 75% der benötigten Heizenergie aus der Umwelt gewonnen und nur ca. 25% müssen als Strom zugeführt werden. Damit können bei optimalen Voraussetzungen bis zu 50% Energiekosten gegenüber Öl-/Gasheizungen eingespart werden.	Effizienz einer Wärmepumpe Entscheidend ist u. a. die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizung. Je geringer sie ausfällt, um so bessere Leistungszahlen werden ermöglicht. Bei einer Wärmepumpenheizung sind dabei die winterlichen Klimabedingungen ausschlaggebend. Von Vorteil sind Wärmequellen, die im Winter über möglichst hohe Temperaturen verfügen, und Heizungssysteme, die mit möglichst niedrigen Temperaturen arbeiten (z. B. Fußbodenheizung). Vorteile der WP Die WP-Heizung ist eine eine ausgereifte, technisch robuste und energetisch effiziente Heizung. Sie nutzt die in Erde, Wasser und Luft gespeicherte Sonnenenergie und versorgt heute Gebäude (je nach Typ) bis zu 100 % zuverlässig mit Wärme. Primärenergetisch betrachtet gehört sie heute mit zu den besten Heiztechnologien, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. - Senkung des Energieverbrauchs - Reduzierung des Schadstoffausstoßes - Nutzung des natürlich vorhandene Wärmepotenzial aus Luft, Wasser und Erde - Mit Erd-WP lässt sich langfristig billiger heizen als mit Öl/Gas (solange der Stromtarif weiterhin preiswert bleibt) - Zuverlässige, fast wartungsfreie Technik Verbreitung von Wärmepumpen Im Gegensatz zu anderen Ländern ist die WP in Deutschland noch relativ wenig verbreitet. In Österreich und in der Schweiz gehört die WP vielfach schon zum Alltag, in der Schweiz arbeiten > 40% aller Häuser mit einer WP. Die Strompreise sind dort allerdings auch deutlich günstiger. Förderung Besonders effiziente Wärmepumpen werden auch vom Bund seit 2008 gefördert (mehr unter Fördermittel).
Wärmepumpen - Begriffe und Kennzahlen
Die wichtigsten Definitionen und Begriffe von A bis Z
Aufwandszahlen Die Fachleute unterscheiden drei Aufwandszahlen: 1. Erzeugeraufwandszahl: Verhältnis von PEF / JAZ direkt am Ausgang der Wärmepumpe. 2. Systemaufwandszahl: Verhältnis von PEF / JAZ unter zusätzlicher Berücksichtigung der Verluste des oft vorhandenen Heizungspufferspeichers und des Brauchwasserspeichers. 3. Anlagenaufwandszahl: berücksichtigt gemäß DIN 4701-10 zusätzlich noch die Verluste des Heizkreises. Mit Hilfe des Primärenergiefaktors und der Jahresarbeitszahlen ist es jetzt mit der Aufwandszahl möglich, die Energieeffizienz von Elektro-WP mit denen von Erdöl- und Ergas-Brennwertkesseln zu vergleichen. Bivalenztemperatur Außentemperatur, ab der ein zweiter Wärmeerzeuger eingeschaltet wird. Enthalpie Summe von innerer Energie und Verdrängungsarbeit. Bei Berechnungen wird immer die spezifische Enthalpie (kJ/kg) verwendet. Heizleistung ist die von der Wärmepumpe abgegebene Nutzwärmeleistung. lg p, h-Diagramm Grafische Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften von Arbeitsmedien (Enthalpie h, Druck p). Jahres-Arbeitszahl (JAZ) Quotient der Heizwärme und der Verdichter-Antriebsarbeit über einen bestimmten Zeitraum. Jahres-Aufwandszahl ist der Kehrwert der Jahres-Arbeitszahl. Kälteleistung Wärmestrom, der durch den Verdampfer einer Wärmepumpe entzogen wird. Kreisprozess Sich ständig wiederholende Zustandsänderungen eines Arbeitsmediums durch Zufuhr und Abgabe von Energie in einem geschlossenen System. Leistungszahl (LZ) ε Quotient aus Heizleistung und Verdichter-Antriebsleistung. Die Leistungszahl kann nur als Momentanwert bei einem definitiven Betriebszustand angegeben werden. Da die Heizleistung stets größer ist als die Verdichter-Antriebsleistung, ist ε immer > 1. Nennaufnahme (Verdichter) Die im Dauerbetrieb unter definierten Bedingungen maximal mögliche elektrische Leistungsaufnahme der WP. Sie ist nur für die elektrische Installation an das Versorgungsnetz maßgebend und wird vom Hersteller auf dem Leistungsschild angegeben.	Nutzungsgrad Quotient aus genutzter und dafür aufgewendeter Arbeit bzw. Wärme. Primärenergiefaktor PEF Maß für die gesamte Umwandlungskette von z.B. dem Abbau der Kohle über den Transport, die Verstromung im Kraftwerk und die Verteilung der elektrischen Energie bis hin zur Steckdose (Endenergie). Dieser auch als KEA (kumulierter Energieaufwand) bezeichnete Faktor für den bundesdeutscher Strommix ist definiert als PEF = Primärenergie (kWh) / Endenergie (kWh) = 2,99 ≈ 3,0 (Quelle: iWU 2006/ GEMIS 4.3) Er ist gerade von rund 3 auf 2,7 herab gesetzt worden mit dem Hinweis auf den zunehmenden Anteil der erneuerbaren Energien im bundesdeutschen Strommix. Die erneuerbaren Energien, jahrzehntelang von vielen EVUs schlecht geredet, dienen jetzt dazu, einen Teil der Elektro-WP für den Klimaschutz zu ertüchtigen. Dieser an und für sich positiven Entwicklung der Verringerung des Primärenergiefaktors durch die erneuerbaren Energien werden die EVUs mit dem Bau von rund zehn neuen Kohlekraftwerken in den nächsten Jahren kräftig entgegen wirken. Damit stellen sie selbst den Beitrag von Elektro-WP zum Klimaschutz zu nehmend in Frage. Verdampfer Wärmeaustauscher einer Wärmepumpe, in dem ein Wärmestrom durch Verdampfen eines Arbeitsmediums der Wärmequelle entzogen wird. Verdichter (Kompressor) Maschine zur mechanischen Förderung und Verdichtung von Dämpfen und Gasen. Unterscheidung nach Bauarten. Verflüssiger (Kondensator) Wärmeaustauscher einer Wärmepumpe, in dem ein Wärmestrom durch Verflüssigung eines Arbeitsmediums an den Wärmeträger abgegeben wird. Wärmepumpe (WP) Maschine, die einen Wärmestrom bei niedriger Temperatur aufnimmt (kalte Seite) und mittels Energiezufuhr bei höherer Temperatur wieder abgibt (warme Seite). Bei Nutzung der "kalten Seite" spricht man von Kühlmaschinen Wärmepumpen-Anlage Gesamtanlage, bestehend aus der Wärmequellen-Anlage und der Wärmepumpen-Anlage. Wärmequelle Medium, dem mit der Wärmepumpe Wärme entzogen wird Wärmenutzungsanlage (WNA) Einrichtung zur Wärmeabgabe an das Heizsystem. Wärmequellen-Anlage (WQA) Einrichtung zum Entzug der Wärme aus einer Wärmequelle und dem Transport des Wärmeträgers zwischen Wärmequelle und "kalter Seite" der Wärmepumpe einschließlich aller Zusatzeinrichtungen. Wärmeträger Flüssiges oder gasförmiges Medium (z.B. Wasser oder Luft), mit dem Wärme transportiert wird.
Wirkungsgrad, Leistungszahl und Jahresarbeitszahl
Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad η beschreibt Verhältnis von abgegebener Nutzleistung Q_N zur zugeführte (elektrischen) Leistung P: η = Q_N / P (1) Technische Vorgänge sind immer mit Verlusten verbunden, deswegen sind Wirkungsgrade technischer Apparate immer η < 1. Bei idealen Vorgängen ist η = 1. Bei WP wird aber ein Großteil der Energie der Umwelt entzogen. Dieser Teil wird nicht als aufgewandte Energie betrachtet, da sie kostenlos zur Verfügung steht (ansonsten käme ein technisch nicht korrekter Wert η > 1 heraus). Für Elektro-WP wird deshalb statt Q_N die abgegebene Wärmeleistung der WP Q_WPverwendet und das Ergebnis als Leistungszahl ε_N definiert. Somit ergeben sich für die Leistungszahl immer Werte ε_N > 1. Leistungszahl ε_N (DIN EN 255) Die Leistungszahl ist ein Momentanwert und wird unter Normbedingungen (N) auf dem Prüfstand ermittelt. Sie beschreibt das Verhältnis der bei bestimmten Betriebsbedingungen abgegebenen thermischen Leistung der Wärmepumpe Q_WP in kW bezogen auf die zugeführte elektrische Leistung P_elin kW für Verdichter- und Hilfsantriebe nach DIN EN 255: ε_N = Q_WP / P_el (2) Die Leistungszahl lässt allerdings die Leistung elektrischer Hilfsaggregate, die nicht unmittelbar zum Wärmepumpen-Prozess gehören, unberücksichtigt (z. B. Heizungsumwälzungspumpen, Grundwasser-Förderpumpen).	Die Leistungszahl ist mit den Betriebstemperaturen (Quellentemperatur, Heizungsvorlauftemperatur) in den technischen Daten der Hersteller angegeben und entsprechend auszuwählen. Elektro-Wärmepumpen erzielen je nach Wärmequelle Leistungszahlen zwischen 3 und 6. Pro 1 kW Strom werden also 3 bis kW Heizenergie erzeugt. COP-Wert (COP = Coeffizient of Performance) Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung (kW) zu aufgenommener elektrischer Antriebsleistung inkl. Hilfsenergie unter Prüfbedingungen (bestimmte Temperaturverhältnisse, festgelegte Zeitpunkte): cop = Q_WP / P_el (3) Im COP-Wert ist zusätzlich auch die Leistungen von Hilfsaggregaten (Abtau-Energie, anteilige Pumpenleistung für Heizungs-, Sole- bzw. Grundwasser-Förderpumpen) enthalten. Leistungszahl und COP-Wert erlauben allerdings keine energetische Bewertung der Gesamtanlage. Jahresarbeitszahl β Die Jahresarbeitszahl ist die tatsächliche Leistungszahl im Betrieb. Sie ist das Ergebnis von Messungen am Stromzähler für die zugeführte elektrische Arbeit (Verdichter, Wärmequellenpumpe) und am Wärmemengenzähler (abgegebene thermische Arbeit der WP) über ein Jahr. Die Jahresarbeitszahl ist das Verhältnis des Jahresertrages an Heizarbeit W_Nutz (in kWh/a) zur aufgewendeten Antriebsarbeit W_el (Antriebs- und Hilfsenergie in kWh/a): β = W_Nutz / W_el (4) Die wichtigere Wärmepumpen-Kennzahl für den Wirkungsgrad ist somit die Jahresarbeitszahl ß.
Physikalische Grundlagen
Thermodynamik, Lehre über Energieumwandlung und Wärmeströme als Grundlage für die WP-Funktion Ein Wärmestrom fließt selbständig nur von einem höherem zu einem tieferen Temperaturniveau. Um Wärme gegen die natürliche Richtung fließen zu lassen ist eine Pumpe erforderlich. Die Siedetemperatur von Flüssigkeiten liegt bei niedrigem Druck tiefer als bei hohem Druck. Ein Verdampfungsprozess erfordert Energie, die bei einer Kondensation wieder frei wird. Führt man in einem Kreisprozess (z. B. Wärmepumpe) zuerst eine Verdampfung und dann eine Kondensation durch, hat man Wärme transportiert. Grundlegend gilt für die Wärmepumpen-Funktion: Je geringer der Unterschied zwischen Temperaturquelle und Wärmeverteilung ist, desto wirtschaftlicher arbeitet eine Wärmepumpe. Carnot-Prozess (Kreisprozess) Vergleichbar ist die Wärmepumpen-Funktion mit dem rückwärtslaufenden (idealen) Carnot-Prozess (Prinzip der Kraft-Wärme-Maschine). Aus dem Carnot-Prozess lässt sich der theoretische Wirkungsgrad (ε_C) der Wärmepumpe errechnen. Die Leistungszahl ε fällt bei einem realistischen Wärmepumpenprozess geringer aus (betriebsbedingte thermische, mechanische und elektrische Prozesse, Energiebedarf des Hilfsantriebs.	Kreisprozess einer Kompressions-Wärmepumpe In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel (Kohlenwasserstoffe z. B. Propan oder Fluor-Kohlenwasserstoffe z. B. R 134 a). Wichtigste Eigenschaft von Kältemitteln ist, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen leicht verdampfen und zugleich hohe innere Wärme besitzen. Durch Expansion sinkt die Temperatur des Kältemittels unter das Niveau der Umgebungswärme ab. Diese Temperaturdifferenz zwischen z. B. oberflächennahen Erdschichten und dem Kältemittel ermöglicht einen Wärmestrom zum Verdampfer. Anschließend wird der Kältemitteldampf vom Verdichter angesaugt und komprimiert. Durch diese Druckerhöhung wird die Temperatur des Kältemittels über das Niveau der Hausheizung angehoben. Am Verflüssiger (Kondensator) liegt wieder eine Temperaturdifferenz vor und es kommt zu einem Wärmestrom zur Heizung. Das unter Hochdruck stehende Kältemittel kühlt wieder ab, kondensiert und wird über ein Expansionsventil (Drosselventil) entspannt. Anschließend beginnt der Kreisprozess, d. h. verdampfen - verdichten - verflüssigen - entspannen, von Neuem.
Aufbau und Funktion einer Wärmepumpenheizanlage
Hauptkomponenten (Beispiel) Eine Wärmepumpenheizanlage mit einer Sole/Wasser-WP besteht in d. R. aus folgenden Hauptkomponenten: 1. Wärmepumpe (Kompressor mit E-Motor, Verdampfer, Verflüssiger, Kältemittel, Expansions- ventil, Regelung, Zubehör) 2. Pufferspeicher zur Überbrückung von Sperrzeiten der EV 3. Warmwasserspeicher oder Frischwasserstation (evtl. E-Heizpatronen zum Nachheizen) 4. Wärmequellenanlage (Erdkollektor/Erdsonden/Brunnen mit Solekreislauf und Soleverteiler) 5. Rohrleitungsnetz zu den Heizflächen 6. Heizflächen zur Wärmeverteilung (Fußboden- oder Wandheizung etc.)	Funktion (Kompressionswärmepumpe > Funktionsschema) Die im Erdreich erwärmte Sole (Frostschutz-Wassergemisch) gibt im Verdampfer Wärmeenergie an das Kältemittel ab. Hierbei verdampft das Kältemittel, der von einem E-Motor bzw. Gas- oder Dieselmotor angetriebene Kompressor erhöht den Druck und somit die Temperatur, so dass an dem zweiten Wärmetauscher (Verflüssiger oder Kondensator) Wärme an das Heizungswasser abgegeben werden kann. jetzt verflüssigt sich das Kältemittel wieder und baut den Druck am Expansionsventil ab. So gelangen z. B. bei einer Erdreich-WP ca. 75% der Energie aus dem Erdreich in die Wohnung (3/4 Umweltenergie + 1/4 Antriebsenergie = 4/4 Heizenergie).
Kältemittel
Wichtigste Eigenschaft von Kältemitteln ist, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen leicht verdampfen und zugleich hohe innere Wärme besitzen. Synthetische Kältemittel R 404A und R 407C Die meisten Hersteller verwenden aus Kostengründen die Kältemittel R 404A und R 407C, die sich gut für die billigeren Scrollverdichter eignen. Sie tragen aber um ein Vielfaches zum Treibhauseffekt bei, wenn sie aus der Anlage entweichen. Bzgl. Propan haben diese Kältemittel ein mindestens 500 Mal höheres Treibhauspotenzial. Bei R 404A ist das Treibhauspotenzial 3750 Mal so groß wie das von CO2 (z. B. Siemens, Dimplex) und bei R 407C 1526 Mal so groß. R 290 (Propan) Nur einige wenige WP-Hersteller verwenden noch das umwelt-freundliche Kältemittel R 290 in Verbindung mit Hubkolben-verdichtern. Nach neuesten Infos ist Propan als Kältemitte wegen der Brennbarkeit von der EG verboten wurden. (Das verstehe, wer will!!!) Quelle: ÖKO-Test, Sonderheft Energie	Kohlendioxyd (CO2) Durch die Einführung der synthetische Kältemittel (s. o.) in den 90er Jahren hat das natürliche Kältegas CO2 stark an Bedeutung verloren. Dazu hat natürlich besonders die starke Lobby der amerikanischen Hersteller von synthetischen Kältemittel beigetragen, was sich auch weiterhin nicht groß ändern wird. Vorteile - umwelt- und klimafreundlich, weder giftig noch brennbar - überall auf dem Markt erhältlich - hohe volumetrische Kälteleistung -> geringer Volumenstrom -> kleine Rohrquerschnitte -> kompakte Bauweise - große Temperaturspreizung (z. B. von 10 auf 70°C) -> optimal für WP im Altbau Nachteile - hoher Dampfdruck, je nach Temperatur bis >100 bar, mit dem Verdichter, Gaskühler, Hochdrückdrossel beaufschlagt werden - höherer Preis und Gewicht der Kältemaschine/WP - geringere JAZ (höhere Drücke kosten mehr Energie) Einsatz Bisher bei größeren Anlagen mit Kaskadensystemen in der unteren Stufe. Quelle: Daikin Deutschland GmbH
Einsatz von Wärmepumpen
Anwendung im Neubau & Altbau Nicht nur im Neubau sind Heizungssysteme mit dem Betrieb einer Wärmepumpe angezeigt - auch der große Markt der Sanierung und Modernisierung hält für Bauherren, Architekten und Planern sinnvolle Systemlösungen mit der Wärmepumpe bereit. > mehr... Eine sorgfältige Planung durch ein unabhängiges Ing.-Büro und ein Wirtschaftlichkeitsnachweis ist unbedingt zu empfehlen. Kombination von WP mit anderen Systemen Auch eine Kombination einer Wärmepumpe mit einem zweiten Heizsystem (Öl, Gas, Holz, etc.) kann z. B. bei Altbauten mit Heizkörpern auch sehr sinnvoll sein (bivalente Wärmepumpen). Die Kombination mit einer Solaranlage für die Warmwasserbereitung ist von ökologischer Seite zu empfehlen. Wesentliche zusätzliche Energieeinsparungen mit einer Solaranlage können allerdings in unseren Breiten nicht erreicht werden. (es sei denn, die Stromtarife erhöhen sich, z. B. durch Wegfall des z. Z. günstigen WP-Tarifes (dann wäre allerdings die Wirtschaftlichkeit der WP generell in Frage gestellt!).	Warmwasser- und Pufferspeicher (> mehr...) Wenn Wärme aus Erdreich, Wasser und Luft mit der WP gewonnen wurde, ist auch eine Wärmespeicherung sinnvoll. Warmwasserspeicher und Pufferspeicher können die von der WP gewonnene Wärme speichern, um sie zum erforderlichen Zeitpunkt an das Heizsystem abzugeben. Pufferspeicher erhöhen die mittleren Laufzeiten von Wärmepumpen und reduzieren das Takten (häufiges Ein- und Ausschalten). Kühlen mit Wärmepumpen als Zusatzfunktion Neben der Wärmequelle ist das zu planende oder das bereits bestehende Heizsystem ein wichtiger Aspekt, um sich für die optimale Wärmepumpenheizung entscheiden zu können. Doch Wärmepumpen spenden nicht nur Wärme, sie können im direkten oder im reversiblen Betrieb (Prozessumkehr) auch zur Kühlung eingesetzt werden. > mehr...
Klassifikation der Wärmepumpen nach Typen, Technik, Betriebsweise & Verwendungszweck
Die Einteilung in verschiedene Wärmepumpen-Typen folgt der Art der Wärmequelle und der Art des Heizkreises. Typen Folgende Varianten haben sich auf dem Markt durchgesetzt: - Sole/Wasser-Wärmepumpe - Luft/Wasser-Wärmepumpe - Luft/Luft-Wärmepumpe - Wasser/Wasser-Wärmepumpe Wärmepumpen-Technik Die Wärmepumpen-Technik kann nach den folgenden Kriterien eingeteilt werden: 1. Nach der Art der Wärmequelle: - Sonne - Außenluft, Innenluft - Grundwasser, Oberflächenwasser - Erdwärme - Abfallenergie 2. Nach der Art der Technologie: - Kompression elektrisch/gasmotorisch - Absorption - Adsorption	3. Nach der Art der Wärmenutzung: - Heizung - Warmwasserbereitung - Schwimmbaderwärmung Betriebsweisen Die Betriebsweise hat entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenanlage. Übliche Betriebsweisen: - monovalent: nur Wärmepumpenbetrieb - monoenergetisch: elektrische Wärmepumpe und zur Ergänzung an sehr kalten Tagen eine elektrische Widerstandsheizung (Heizstab) - bivalent: Wärmepumpe und Brennstoffkessel Verwendungszweck Danach lassen sich Wärmepumpen in folgenden Gruppen zuordnen: - Heizungswärmepumpen (meist auch zur Erzeugung von Warmwasser einsetzbar) - Warmwasser-Wärmepumpen (nur zur Trinkwassererwärmung)
Installation von Elektrowärmepumpen und Gütesiegel
Luft/Wasser-Wärmepumpen Relativ einfach ist die Installation bei Luft/Wasser-WP. Notwendig sind nur die Einbindung des Heizkreises (Vorlauf, Rücklauf) und des Primärkreises (z. B. Solevor- und -rücklauf) sowie die Installation eines Drehstromanschluss. Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen Bei der Installation von Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-WP übernehmen Spezialunternehmen die Arbeiten zur Installation des Primärkreises wie die Sondenbohrung, die Verlegung des Erdkollektors oder die Errichtung eines Grundwasserbrunnens. Sie garantieren für den Betrieb auch die geforderte Wärmeleistung.	Für die Kombination von Trinkwassererwärmung und Heizungsbetrieb stehen fertige Systeme zur Verfügung. Abgestimmt auf die WP-Regelung lässt sich ein optimales Umschalten zwischen beiden Abnehmern im Betrieb sicherstellen. Gütesiegel Die länderübergreifende und unabhängige Organisation D-A-CH vergibt in Deutschland, Österreich und der Schweiz ein Gütesiegel für WP. Dieses Siegel garantiert die Erfüllung vorgegebener und geprüfter Anforderung an Sicherheit, Effektivität, Schallemission und Kundendienstfreundlichkeit. Unkomplizierte Installation und fast wartungsfreier Betrieb sprechen für die WP.
EnEV & Wärmepumpe
Die Energie-Einsparverordnung (EnEV) beschränkt den maximal zulässigen Primärenergiebedarf für neue Gebäude. Um diese Forderung zu erfüllen, muss entweder die Gebäudehülle (Reduzierung des Heizwärmebedarf) und/oder die Anlagentechnik (Reduzierung der Anlagenaufwandszahl) verbessert werden. WP erreichen im Vergleich zur NT- oder Brennwerttechnik deutlich günstigere Anlagenaufwandszahlen (<1). Dies ist vorteilhaft, zumindest für die EnEV-Berechnung. Z. B. in einem Einfamilienwohnhaus kann sich der rechnerische Primärenergiebedarf gegenüber einem Niedertemperatur-Heizkessel um mehr als 50 kWh/m² a reduzieren. Aufgrund der Nutzung von Umweltenergie betragen die Erzeugeraufwandszahlen deutlich <1. Energetisch gesehen haben WP normalerweise so große Vorteile, dass die EnEV auf die Berechnung des realen Primärenergiebedarfs verzichtet. Diese Regelung greift, wenn mindestens 70% des Wärmebedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt werden. D. h., dass die Stromaufnahme darf max. 30% der Nutzwärmeabgabe betragen (EnEV § 3, Absatz 3, Satz 2).	Wird nach EnEV beim Betrieb eines Heizungssystems eine Mindest-Jahresarbeitszahl von 3,33 erreicht, so kann auf den Primärenergienachweis verzichtet werden. Auf jeden Fall aber ist der Nachweis zu führen, dass der Transmissionswärmeverlust eingehalten wird. Primärenergieverbrauch & Emissionen Wärmepumpen-Heizungen sind heute im Hinblick auf ihren Primärenergieverbrauch und ihren CO2-Ausstoß Gas- und Ölheizungen deutlich überlegen, sofern der Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. Gesamtwirtschaftlich gesehen können sie einen wichtigen Beitrag zur Einsparung von Energie und zur Minderung von Kohlendioxid leisten.
Wärmequellen
Wärmequellen (WQ) Entscheidend für den Einsatz der WP sind u. a. die Wärmequellen (Luft, Wasser, Erde). Nicht jeder Bauherr hat alle Voraussetzungen für alle Wärmequellen und den dazugehörigen WP-Typ. Auswahl der Wärmequellen In erster Linie ist die Lage des Grundstücks entscheidend, ob eher die Luft, das Erdreich oder das Wasser als Wärmequelle infrage kommt.	Wärmequellenanlage (WQA) Eine Wärmequellenanlage (WQA)* ist die Einrichtung zum Entzug der Wärme aus einer Wärmequelle (z. B. Erdwärmesonden) und dem Transport des Wärmeträgers zwischen Wärmequelle und kalter Seite der Wärmepumpe einschließlich aller Zusatzeinrichtungen. Bei Luft/Wasser-WP besteht die komplette Wärmequellenanlage z. B. aus einem Luftgebläse, welches Außenluft als Wärmequelle ansaugt (gleich im Gerät integriert). *) Wärmequellenanlage (WQA) wird auch Wärmenutzungsanlage (WNA) genannt.
Erdwärme
Die Wärmequellen der Erdwärme können an der Oberfläche in 1 bis 2 m Tiefe durch die horizontale Verlegung der Wärmetauscherrohre (Flächenkollektor) oder durch vertikale Erdsonden bis in ca. 100 m Tiefe genutzt werden. Das Erdreich wird bis ca. 30-70 cm Tiefe durch die wechselnde Lufttemperatur beeinflusst und bis ca. 10-20 m durch Jahresschwankungen der Lufttemperatur. Ohne diese Einflüsse würde jeder Standort eine Jahresmitteltemperatur haben, die Temperatur würde mit zunehmender Tiefe um ca. 3 °C pro 100 m ansteigen.	Die Stärke des Temperatureinflusses hängt deshalb von der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Standortes, von Boden- und Gesteinsart, von der Feuchte, der Homogenität und von Höhenlage, Neigung, Himmelsrichtung und weiteren Faktoren ab. Die benötigte Fläche für die Wärmequellen (Flächenkollektor) liegt in d. R. bei der 2,5- bis 3-fachen Nutzfläche, die beheizt werden soll. Der Wärmebedarf der Nutzfläche schwankt in der Regel zwischen 30 W/m² bei einem Niedrigenergiehaus und 80 W/m² bei einem Altbau mit Wärmedämmung.
Grundwasser	Außenluft
Mit der Wärmequelle Grundwasser lassen sich in der Regel die besten Arbeitszahlen erreichen, jedoch erfordert diese Methode eine wasserrechtliche Bewilligung, die meist befristet erteilt wird. Eine weitere Voraussetzung ist natürlich eine ausreichende Wassermenge, für ein Einfamilienhaus sollte eine Entnahme von z. B. mindestens 2 m³/h Grundwasser möglich sein. Im Normalfall sind ein Entnahme- und ein Schluckbrunnen zu errichten. Grundwasser ist die Wärmequelle mit dem höchsten Temperaturniveau.	Wenngleich sich WP-Anlagen mit der Wärmequelle Außenluft vergleichsweise günstig herstellen lassen, so ist doch deren Arbeitszahl niedriger. Die Luft wird bei diesem Verfahren mit einem Ventilator über den Verdampfer geführt. Unter allen Wärmequellen lassen sich bei der Außenluft die geringsten Arbeitszahlen erzielen. Einsatzempfehlung (monovalent) optimal für Neubauten mit guter Dämmung und mit Fußbodenheizung. s. auch > Kritische Bemerkungen
Massiv-Absorber aus Beton
Massiv-Absorber als Wärmequellen nehmen sowohl die Wärme der umgebenden Atmosphäre als auch direkte Sonneneinstrahlung auf und speichern sie. Massiv-Absorber aus Beton können doppelt genutzt werden, konstruktiv und energetisch z.B. bei Garagen, Stützmauern, Balkonen oder Fassaden. Beton eignet sich auch gut für den monovalenten WP-Betrieb (hohe Wärmekapazität von ca. 2.400 kJ/m³K).	Besonders günstig ist die Bauform eines Massiv-Absorbers mit luftgekoppeltem und erdgekoppeltem Anteil: Der luftgekoppelte Anteil ist zu schneller Wiederaufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung fähig und der erdgekoppelte Anteil wirkt vergleichmäßigend auf die Soletemperatur. Massiv-Absorber sind als Wärmequellen relativ genau kalkulierbar und erreichen Jahresarbeitszahlen von > 3.
Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.
Beispiele für Pilot- und Referenzanlagen > Pilotanlagen
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