Bewertung der Effizienz von Wärmepumpen basierend auf Untersuchungen im realen Betrieb

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1 Bewertung der Effizienz von Wärmepumpen basierend auf Untersuchungen im realen Betrieb Marek Miara Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Arbeitskreis Klima und Energie AKE Metzingen Metzingen, 31. Mai 2016

2 Established: Fraunhofer institutes Staff totals more than 1200 Staff totals more than Budget: 77 million 2

3 Klimaziele der Bundesregierung Entwicklung der deutschen Treibhausgasemissionen und Zielwerte bis Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

4 Mögliche Szenarien Entwicklung Gebäudeheizung ( 85-%-Szenario) el. WP Außenluft Gaskessel Ölkessel Biomasse Wärmenetz el. WP - Erdreich Gas-WP >80 % Wärmepumpen >20 % Gas- Wärmepumpen 4 Quelle: Was kostet die Energiewende? Studie Fraunhofer ISE, November 2015

5 Wärmepumpen Übersicht Wärmepumpe Sorptions- Wärmepumpe Kompressions Wärmepumpe Adsorptions- Wärmepumpe Absorptions- Wärmepumpe Gasmotor- Wärmepumpe Elektro- Wärmepumpe gasbefeuert elektrisch 5

6 6

7 7

8 Wärmepumpen-Prinzip ¼ elektrische Energie ¾ aufgenommene Energie 8

9 Wärmequellen Luft - hervorragende Verfügbarkeit - geringste Investitionskosten Erdreich - gute Verfügbarkeit - hohe Effizienz - Flachkollektoren oder Erdsonden Wasser - selten verfügbar - besonders hohe Effizienz 9

10 Heizwärmeverteilungssystem Fußbodenheizung o o o große Fläche geringe Vorlauftemperaturen Neubau Heizkörper o o o geringe Fläche hohe Vorlauftemperaturen Altbau 10

11 Effizienz der Wärmepumpe Haupteinfluss Temperaturhub 4,4 Fußbodenheizung Radiatoren 3,3 11

12 Effizienzkennzahlen COP SCOP SEER SPF HSPF η, (eta) JAZ APF JAZ EER SPF CSPF

13 Effizienz-Kennzahlen

14 Neugebaute Häuser und Bestandsgebäude Meistens Einfamilienhäuser Beheizte Wohnfläche: m²

15 Sole/Wasser- und Luft/Wasser - Wärmepumpen Alle Anlagen für Heizung und WW-Bereitung 12 Wärmepumpenhersteller Thermische Leistung von 6 kw bis ca. 25 kw

16 Übersicht der Wärmepumpen-Monitoringprojekte

17 Übersicht der Wärmepumpen-Monitoringprojekte neues Projekt

18

19 Wärmequellen WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor)

20 Systemgrenze für die Berechnung der Arbeitszahlen Arbeitszahl =

21 Arbeitszahlen Überblick WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor) Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen Sole/Wasser-Wärmepumpenanlagen neue Anlagen

22 Arbeitszahlen Überblick, Bandbreiten WP im Gebäudebestand Neubau (WP Effizienz) Neubau (WP Monitor) Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen Sole/Wasser-Wärmepumpenanlagen

23 Fazit 1 Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss der Installation und des Betriebs

24 Jahresarbeitszahlen Sole/Wasser Wärmepumpen Projekt WP Monitor, Juli 2012 Juni 2013

25 Anlagenkonfiguration ein Beispiel für gute Ergebnisse Speicher (Heizung) Wärmequelle: Erdwärmesonden 3,7 C Wärmepumpe COP: B0/W B0/W % 36 C 11% 55 C Speicher (WW) SPF (JAZ) =

26 Anlagenkonfiguration ein Beispiel für schlechte Ergebnisse Wärmequelle: Erdwärmesonden 2,8 C Wärmepumpe COP: B0/W B0/W % 35 C 51% 49 C Kombispeicher (Heizung und WW) SPF (JAZ) =

27 Jahresarbeitszahlen Luft/Wasser Wärmepumpen Projekt WP Monitor, April 12 März 13 COP Werte EN14511 A2/W35 Mittlere gewichtete Vorlauf- Temperaturen (Heiz und WW) Arbeitszahlen 3,10 44 C 4,00 41 C 3,70 38 C 3,70 38 C 4,20 35 C 4,18 34 C 3,40 37 C

28 Einflüsse auf die Arbeitszahlen Heizenergiebedarf 40 Erdreich-Wärmepumpen

29 CO2-Äq-Emissionseinsparung der Elektrowärmepumpe gegenüber Gas-Kessel, Wärmequelle Luft Bandbreite Luft/Wasser-Wärmepumpen WP im Bestand (2,6) WP Effizienz (2,9) WP Monitor (3,1)

30 CO2-Äq-Emissionseinsparung der Elektrowärmepumpe gegenüber Gas-Kessel, Wärmequelle Erdreich Bandbreite Sole/Wasser-Wärmepumpen WP im Bestand (3,3) WP Effizienz (3,9) WP Monitor (4,0)

31 CO2-Äq-Emissionseinsparung der Elektrowärmepumpe gegenüber Gas-Kessel 17% 10% 31%

32 Fazit 2 Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen ökologische Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Um ökologische Vorteile zu vergrößern ist eine Effizienzsteigerung im unteren Arbeitszahlbereich besonders wirkungsvoll

33 Stromverbrauch der einzelnen Komponenten (Luft WP)

34 Stromverbrauch der einzelnen Komponenten Luft/Wasser Wärmepumpen, Jahr 2012

35 Wärmepumpen Übersicht Wärmepumpe Sorptions- Wärmepumpe Kompressions Wärmepumpe Adsorptions- Wärmepumpe Absorptions- Wärmepumpe Gasmotor- Wärmepumpe Elektro- Wärmepumpe gasbefeuert elektrisch 35

36 Gründe für gasbetriebene Wärmepumpen Nachfrageseite Gebäude mit Hochtemperatur-Wärmeverteilungssystemen Einfacher Ersatz vorhandener Wärmeversorger Konservatives Nutzerverhalten in Bezug auf den Energieträger wesentlich kleinere Umweltwärmequelle notwendig Versorgungsseite Gas wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle in der Energieversorgung zugeschrieben Versorgungssicherheit Diversifizierung der Energieversorgung / Netzentlastung Biogas/Power2gas als Perspektive für Dekarbonisierung des Gasnetzes 36 Quelle Folie: P. Schossig, Präsentation IEA Annex 43

37 Innovative Komponenten Soprtionswärmepumpen 37 Quelle:

38 Soprtionswärmepumpen Quelle: ihre-waermepumpe.de 38

39 Innovative Komponenten Soprtionswärmepumpen Produkte Vaillant / 10 kw Viessmann / 10 KW Robur kw Buderus kw Robur / 18 kw Neuwntwicklungen Ab Sommer 2016 Esorp / 4-18 kw Climatewell/?? kw Junkers / 18 kw Sortech / Stiebel 18 kw 39

40 Feldtest: Häuser UK / British Gas: 124 m² / 1950 Germany / EON: 140 m² / 1954 Poland / Flowair: 178 m² / 2006 France / GDF: 110 m² /

41 Hybrid heat pumps on the market Source: Carrier Source: Rotex Source: atlantic Source: MHG Heiztechnik Source: Remko 41

42 Vielen Dank!