Auswahl der Wärmequelle für Wärmepumpenanlagen
Es sollte grundsätzlich die Wärmequelle mit dem höchsten Temperaturniveau genutzt werden. Dadurch werden maximale Leistungszahlen erreicht, und damit eine Senkung der Heizkosten langfristig angestrebt.
Wasser/Wasser Wärmepumpenanlagen:
Ist Grundwasser in geeigneter Qualität und Tiefe vorhanden, so erreicht man damit die höchsten Jahresarbeitszahlen (Achtung diese Art der Wärmequelle ist bewilligungspflichtig).Es handelt sich dabei um ein offenes System mit den Optionen Heizen und Kühlen. Scheidet die Wärmequelle Grundwasser aus, bietet sich die Wärmequelle Erdreich an.
Erdreich/Wasser (Sole) Wärmepumpenanlagen:
Ist die Nutzung von Grundwasser nicht möglich, bietet sich die Wärmequelle Erdreich als effizienter, Wärmespeicher bei einem relativ hohen Temperaturniveau an. Ist genügend Grundfläche vorhanden, sind Flachkollektoren die preisgünstigste Lösung. (Anzeige- und gebietsweise bewilligungspflichtig!) Bei geringer Grundfläche eignen sich Erdsonden (Sole) zur Erdwärmenutzung. Es handelt sich um geschlossene Systeme. Die Optionen Heizen und Kühlen sind möglich.
Erdreich/Wasser (Direkterwärmung) Wärmepumpenanlagen:
Bei Erdwärmeanlagen Direkterwärmung (=Direktverdampfung) wird Erdwärme direkt von dem Arbeitsmittel (Kältemittel) aufgenommen. Dadurch ergeben sich höhere Leistungszahlen.
Luft/Wasser Wärmepumpenanlagen:
Scheidet auch das Erdreich als Wärmequelle aus, so ist es praktisch überall möglich, die Wärmequelle Außenluft nutzbar zu machen. Diese ist besonders auch für die Nachrüstung und für die bivalent betriebenen Anlagen geeignet!
Auch hier verdampft das Arbeitsmittel direkt im Verdampfer. Die Optionen Heizen und Kühlen sind möglich.Bei der Auswahl der Wärmenutzungsanlage und der Bestimmung der maximalen Heizungs-Vorlauftemperatur der Wärmenutzungsanlage gilt Grundsätzlich:
Je niedriger die Temperatur der Wärmenutzungsanlage ist, je höher ist die Leistungszahl der Wärmepumpe, und je niedriger sind damit die Heizkosten.
Um das erreichen zu können, ist ein großflächiges Wärmeabgabesystem zu wählen. Ideal sind dafür Flächenheizungen d.h. Niedertemperatur-Fußboden- und - Wandheizungen geeignet (mit max. 35 °C VLT).Außerdem garantiert die Strahlungswärme maximale Behaglichkeit bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen.
Bei Neubauten sollte man daher aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Komforts Flächenheizungen wählen. Diese besitzen in Form des Estrichs auch eine beachtliche Speichermasse zum Überbrücken von EVU-Sperrzeiten.Bei Altbauten wird man in der Regel auf Niedertemperatur-Radiatoren zurückgreifen. Diese sind für max. 55 °C bis 65 °C VLT auszulegen (unter Beachtung der jeweiligen Hersteller!). Aber auch die Kombination beider Systeme ist möglich.
Faustformel Heizwärmebedarf für Wärmepumpen:
Mit der Auswahl der Wärmequelle steht das System und die Betriebsweise der Wärmepumpe fest. Um die von der Wärmepumpe benötigte Heizleistung zu ermitteln, ist wie folgt vorzugehen:
Bestimmung des Wärmebedarfes durch eine Heizlastberechnung .
Bei Wärmepumpen-Anlagen ist eine genaue Dimensionierung besonders wichtig:
Überdimensionierte Geräte verursachen unverhältnismäßig hohe Anlagenkosten.
Folgende Werte für den Heizwärmebedarf sind erfahrungsgemäß zu erwarten
(Wärmebedarf W/m²):
- Altbau mit damals zeitgemäßer Wärmedämmung 75 W/m²,
- Neubau mit guter Wärmedämmung (vgl. WSVO 95) 50 W/m²,
- Niedrigenergiehaus, Neubau nach EnEv 40 W/m²
- Passivhaus 15 W/m²
Der spezifische Wärmebedarf (W/m²) wird mit der zu beheizenden Wohnfläche multipliziert. Das Ergebnis ist der gesamte Heizwärmebedarf, welcher sowohl den Transmissions- als auch den Lüftungswärmebedarf beinhaltet. ( Die Jahres-Heizarbeit in kWh pro Jahr gibt an, wie viel Heizenergie (Wärmeenergie) im Laufe eines Jahres benötigt wird.
Dies ist bei der Auslegung der Wärmequelle und dem Einsatz der Wärmepumpe zu beachten. Zum Beispiel sollte das trocknen der Baufeuchte mit Wärmepumpensystemen vermieden werden. Ein Neubau sollte stets überwintern. In der 1. Heizperiode entsteht ein bis ca. 50 % höherer Heizwärmebedarf.
Möglichkeiten der Abhilfe:
Einige Räume (z.B. den Keller) nicht heizen oder den Bau entfeuchten, Einbau und Aktivierung eines E-Heizstabes. Entscheidet man sich für die Option Kühlen ist zu beachten, dass bei dieser Betriebsweise die Wärmequelle zur Wärmesenkung genutzt wird und umgekehrt.
Betriebsweisen Wärmepumpen:
=> Monovalent
=> Bivalent-Parallel (Wärmepumpe mit Zusatzheizung) [Erfolgt die Zusatzheizung über einen E-Heizstab, spricht man von monoenergetisch.]
=> Bivalent-Alternativ (WP oder Zusatzheizung)=> Monovalent Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger. Die Wärmepumpe deckt jederzeit 100 % des Wärmebedarfes. Geeignet für Vorlauftemperaturen von max. ca. 65 °C. Anlagen mit Wärmequelle Erdreich, Wasser werden monovalent betrieben.
=> Bivalent – parallel Die Wärmepumpe heizt bis zum Zuschaltpunkt allein. Nach dem Zuschaltpunkt heizt sie gemeinsam mit dem Kessel oder E-Heizstab. Max. VLT ca. 65 °C. Hauptsächlich bei Neuanlagen mit Wärmequelle Luft oder Umrüstung bei Altbausanierung.
=> Bivalent – alternativ Die Wärmepumpe heizt bis zum Umschaltpunkt alleine. Nach dem Umschaltpunkt heizt der Kessel alleine. Für VLT bis 90 °C geeignet. Hauptsächlich verwendet bei Nachrüstungen. Bei einem Zuschaltpunkt von 0 °C leistet die Luft/Wasser-Wärmepumpe selbst bei tiefster Außentemperatur von -16 °C noch beachtliche 88 % der Jahresheizarbeit. Je tiefer der zuschaltpunkt des zweiten Wärmeerzeugers liegt, desto höher ist der Anteil der Wärmepumpe an der Jahresheizarbeit.
Die Jahresheizarbeit ist außerdem von der Klimazone und der Betriebsweise abhängig. Auswahl der Wärmepumpe Auswahl bei monovalentem Betrieb
Der gewählte Wärmepumpen-Type muss die gesamte geforderte Heizleistung aus der Heizlastberechnung bei der vorgegebenen Heizungs-Vorlauftemperatur decken.
Auswahl bei bivalent-parallelem Betrieb:
Es ist zu ermitteln, welcher Anteil der gesamten geforderten Heizleistung bei Heizungs-Auslegetemperatur von der Wärmepumpe aufgebracht wird.
Faustformel: Bei einem Zuschaltpunkt um 0 °C sollte der Elektroheizstab mindestens 80 % der Heizleistung der Wärmepumpe haben.
Auswahl bei bivalent-alternativem Betrieb:
Bei dieser Betriebsweise bestimmt meist die maximale Vorlauftemperatur der Wärmepumpe den Umschaltpunkt. Ist die im Umschaltpunkt benötigte Heizleistung bestimmt, so kann über die Leistungskurve der Wärmepumpe die passende Type ausgewählt werden. Dabei ist die bei der Außentemperatur des Umschaltpunktes benötigte Heizungs-Vorlauftemperatur relevant.
Nachrüstung/Altbausanierung
Der Wärmebedarf kann bei bestehenden Gebäuden aus dem jährlichen Heizöl- oder Gasverbrauch nach folgender Faustformel errechnet werden, aber Achtung diese Faustformel ersetzt keine notwendige Heizlastberechnung:
Q (kW) = Ölverbrauch (l/a)
--------------------------------------
250 (l/akW)
Q (kW) = Gasverbrauch (m³/a)
--------------------------------------------
250 (m³/akW)
Der Faktor ergibt sich aus dem Heizwert, den Betriebsstunden und dem Anlagen-Jahresnutzungsgrad. Dieser Faktor 250 ist in der örtlichen gebäudetechnischen Sanierung den Gegebenheiten anzupassen. Durch eine gebäudetechnische Sanierung kann der Einsatz von Wärmepumpen auch bei Altbauten je nach örtlichen Gegebenheiten sinnvoll sein. Verbesserte Wärmedämmungen ergeben einen niedrigeren spezifischen Wärmebedarf und niedrigere Heizungs-Vorlauftemperaturen. Zudem sind viele bestehende Heizungsanlagen, insbesondere auch Heizkörper, überdimensioniert und daher unter Umständen für die Betriebsbedingungen einer Wärmepumpe geeignet.
Achtung!
Für Förderprogramme und das EEWärmeG gilt: Die JAZ muss rechnerisch nach der VDI-Richtlinie 4650 für Raumwärme und Warmwasser mit Hilfe einer Fachunternehmererklärung bzw. einer Bescheinigung eines Sachkundigen nachgewiesen werden.
© Marc Husmann Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Herausgebers.
