Wärmepumpe / Erdwärme

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1 Detailinformationen Wärmepumpe / Erdwärme Mit einer Wärmepumpe wird Umweltwärme, die im Erdreich, im Wasser oder in der Luft gespeichert ist, zur Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt. Die Umweltwärme erneuert sich permanent durch Sonneneinstrahlung, Niederschläge und Wärme aus dem Erdinneren. Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung diese Umweltwärme und bringt sie mit hoher Effizienz auf die für den Heizkreislauf und für die Warmwasserbereitung erforderliche Temperatur. Energie Tirol Südtiroler Platz Innsbruck Tel / Fax DW 30 office@energie-tirol.at

2 Heizungsanlagen Neben der Bautechnik ist die Wahl des richtigen Heizsystems und des Wärmeabgabesystems Ausschlag gebend für die Wohnqualität des neu zu errichtenden bzw. zu sanierenden Gebäudes. Die Entscheidung für ein bestimmtes System hängt dabei unter anderem von der Gebäudequalität (Energieeffizienzklasse) ab. So können neue Heiztechniken wie teilsolare Raumheizung, Wärmepumpen oder Wohnraumlüftungen mit Wärmerückgewinnung und Flächenheizung nur im energieeffizienten Neubau bzw. sehr gut sanierten Althaus sinnvoll und wirtschaftlich eingesetzt werden. Welche Heizung passt zu Ihrem Gebäude? Heizsystem geeignete Wärmeverteilung Passivhaus Energieeffizienzklasse Niedrigstenergiehaus Niedrigenergiehaus Mindeststandard Neubau A++ / A+ A B C D-G Grundwasser - oder Erdreich - Wärmepumpe NT o + + o - Außenluft - Wärmepumpe NT + o Solaranlage zur Raumheizung*** NT + + o o - Pelletszentralheizung NT / HT - o Stückholzheizung NT / HT o + + o - Kachel- oder Kaminofenganzhausheizung NT / HT + o Fernwärmeanschluss NT / HT o** o** Gasbrennwertheizung mit Solaranlage NT / HT - o* o* o* o* Altbau * aus ökologischen Gründen nur bedingt zu empfehlen ** die Anschlussleistung ist meist zu gering *** über 20% Deckungsgrad, d.h. über 20 % der benötigeten Heizenergie wird von der Sonne geliefert NT Niedertemperaturverteilung, z.b. Fussbodenheizung oder Wandheizung - im Neubau immer empfohlen! HT Hochtemperaturverteilung, z.b. Heizkörper oder Konvektoren Legende + zu empfehlen o bedingt zu empfehlen - nicht zu empfehlen Wärmepumpen Mit einer Wärmepumpe wird Umweltwärme, die im Erdreich, im Wasser oder in der Luft gespeichert ist, zur Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt. Die Umweltwärme erneuert sich permanent durch Sonneneinstrahlung, Niederschläge und Wärme aus dem Erdinneren. Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung diese Umweltwärme und bringt sie mit hoher Effizienz auf die für den Heizkreislauf und für die Warmwasserbereitung erforderliche Temperatur. Wärmepumpen eignen sich besonders für die Beheizung von gut gedämmten Ein- und Mehrfamilienhäusern und ermöglichen eine komfortable und emissionsfreie Heizung. TIPP: Die Wärmepumpenheizung ist vor allem für energieeffiziente Einfamilienhäuser der Klassen von A++ bis B optimal. Bei einem höheren Heizwärmebedarf erreicht man die gewünschten Vorlauftemperaturen unter 35 C normalerweise nicht. Bei sehr geringen Heizlasten ist eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe aufgrund des Aufwandes für den Grundwasserbrunnen nur bedingt zu empfehlen. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 2

3 Wärmepumpen sind aufgrund ihrer Funktionsweise nicht mit herkömmlichen Heizungen vergleichbar. Die hohe Effizienz dieser Technologie ist nur durch sorgfältige Planung, abgestimmte Komponenten und einwandfreie Ausführung gewährleistet. Beauftragen Sie daher nur Wärmepumpen-Profis, die über jahrelange Erfahrung und zusätzliche Ausbildungen wie z.b. die Ausbildung zum zertifizerten Wärmepumpeninstallateur verfügen. Funktionsweise Sie besitzen bereits eine Wärmepumpe und benutzen sie täglich! Ihr Kühlschrank bzw. Ihre Gefriertruhe sind ebenfalls Wärmepumpen. Nur in diesem Fall nützen Sie die Kälte dieser Geräte. Wärmepumpen entziehen Wärme, d.h.sie kühlen die so genannte Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) ab und bringen diese Wärme in die Wohnung und ins Warmwasser. Damit dieser Prozess funktioniert, ist der Einsatz von Strom zum Betrieb eines Kompressors notwendig. Mit Hilfe dieses Kompressors wird die Wärme auf das benötigte Temperaturniveau gepumpt, daher auch der Name Wärmepumpe. Wenn die Wärmepumpe optimal funktioniert, ist lediglich ¼ an elektrischer Energie für diesen Vorgang notwendig. ¾ der Energie kommt gratis aus der Umwelt. Verhältnis 1:4 Verhältnis 1:2 Quelle: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe (adaptiert) Dieses Verhältnis von eingesetzter elektrischer Energie zu erzeugter Wärme (1:4) ist aber nicht konstant! Je höher die Umweltwärme gepumpt werden muss, d.h. je höher die benötigten Temperaturen im Haus bzw. je niedriger die Temperatur der Umweltwärme ist, desto mehr elektrische Energie ist notwendig! ACHTUNG: Im Extremfall ist auch ein Verhältnis von 1:2 und darunter möglich. Unsanierte Altbauten, die mit Heizkörper beheizt werden (hohe Vorlauftemperaturen notwendig) und der Einsatz einer Luftwärmepumpe (sehr tiefe Temperatur der Außenluft im Winter) sind sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht nicht zu empfehlen. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 3

4 Grundbausteine einer Wärmepumpenanlage 2 Die Wärmepumpe besteht aus 4 wesentlichen Komponenten: Verdampfer Verdichter bzw. Kompressor Verflüssiger bzw. Kondensator Expansionsventil Zirkulierendes Kältemittel Quelle: Glen Dimplex GmbH Im Verdampfer 1 wird die Umweltwärme wie z. B. Wärme aus dem Grundwasser aufgenommen und dazu verwendet das in der Wärmepumpe zirkulierende Kältemittel zu verdampfen. Das Grundwasser kühlt dabei ab. Der Verdichter bzw. Kompressor 2 erhöht den Druck des nunmehr gasförmigen Kältemittels. Dadurch steigt die Temperatur im Kältemittel auf das Niveau der Heizung. Der Kompressor benötigt zum Betrieb elektrische Energie. Im Verflüssiger bzw. Kondensator 3 gibt das gasförmige Kältemittel die Energie an den Heizkreis ab. Dabei verflüssigt sich das Kältemittel wieder. Das Expansionsventil 4 reduziert den Druck des Kältemittels wieder auf das ursprüngliche Maß. Dabei sinkt die Temperatur im Kältemittel ab und der Kreislauf beginnt von neuem. Es gibt verschiedene Arten von Kältemitteln. Die Wahl des Kältemittels hängt von mehreren Faktoren ab. Ausschlaggebend ist vor allem der Temperaturbereich, in dem die Wärmepumpe arbeitet. Daher gibt es spezielle Hochtemperatur-Wärmepumpen. Diese haben ein spezielles Kältemittel, mit dem auch Temperaturen von über 60 C erreichbar sind. Frühere Kältemittel hatten große Auswirkungen auf die Zerstörung der Ozonschicht unserer Atmosphäre und auf den Treibhauseffekt. Die heute erhältlichen Kältemittel haben keine Auswirkungen mehr auf das Ozonloch. Auch das Treibhausgefährdungspotenzial wurde verringert. Trotzdem muss am Ende der Lebensdauer der Wärmepumpe das Gerät entsprechend fachgerecht entsorgt werden. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 4

5 Wärmequelle Die Einteilung der Wärmepumpen erfolgt über die Art der Wärmequelle, d.h. nach der Art der Umweltwärme: Wärmequelle Erdreich Wärmequelle Grundwasser Wärmequelle Außenluft Wärmequelle Erdreich Das Erdreich ist eine sehr gute Wärmequelle, da die Temperatur das ganze Jahr über relativ konstant bleibt. Bis zu einer Tiefe von 20 m dominiert der Wärmeeintrag über die Erdoberfläche durch Sonnenstrahlung und Regen. Hier ist die Erdtemperatur auch den jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. Die mittlere Temperatur liegt in dieser Zone bei ca C. Unterhalb von 20 m steigt die Temperatur um ca. 3 Grad pro 100 m. Die Erdreichwärmepumpe bezieht ihre Umweltenergie aus dem Erdreich. Es gibt im wesentlichen zwei Möglichkeiten diese Wärme zu nutzen: mit Erdwärmesonden mit Erdkollektoren Bei allen Systemen wird dabei ein Rohrsystem aus Kunststoff (PE) bzw. Kupfer bei so genannten Direktverdampfern im Erdreich verlegt. In diesem Rohrsystem fließt ein Wasser- Frostschutzgemisch, das Sole genannt wird (Ausnahme bei den Direktverdampfern). Diese Sole ist einige Grad Celsius kühler als das Erdreich und nimmt daher die Energie aus dem Erdreich auf. Erdwärmesonden Erdwärmesonden werden senkrecht (bis zu 100 m Tiefe) in den Boden gebohrt. In das gebohrt Loch wird das Rohrsystem, die so genannte Sonde eingebracht. Dieses besteht in der Regel aus zwei u-förmigen Kunststoffrohren (Duplex-Sonden). Für Erdwärmesonden gilt die Anzeigepflicht. TIPP: Die Länge der Sonde wird durch die benötigte Heizleistung und die Geologie des Untergrundes bestimmt. Je mehr Energie Ihr Gebäude benötigt desto länger muss die Sonde werden und damit verbunden steigen auch die Kosten für die Bohrung. Daher sollte ein Bestandsgebäude IMMER vorher thermisch saniert werden. Um die Größenordnung der Sondenlänge in Meter abzuschätzen kann als Faustformel die Heizleistung in kw mit 20 multipliziert werden. Aber Vorsicht! Für die Dimensionierung ist ein geologisches Gutachten über die tatsächliche Sondenlänge notwendig. Bilder Quelle: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 5

6 Erdkollektoren Hier werden Rohre oder Matten im Erdreich etwa 20 cm unterhalb der Frostgrenze verlegt. Damit ergeben sich Verlegetiefen von rd. 1,5 bis 2,0 m. Die Temperaturen in dieser Schicht im Erdreich sind nicht besonders hoch, was der Effizienz etwas schadet. Außerdem benötigt diese Art der Verlegung viel Fläche und eignet sich daher nur für Grundstücke mit großer Grundfläche. Die verlegte Fläche darf nicht überbaut oder asphaltiert werden, da sonst der Regen das Erdreich nicht mehr regenerieren kann. Ein bepflanzen der Fläche ist, mit Ausnahme von Tiefwurzlern, jedoch problemlos möglich. Für Flachkollektoren gilt nur in wasserrechtlich besonders geschützten Gebieten und in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung die Bewilligungspflicht. TIPP: Die Fläche des Erdkollektors wird durch die benötigte Heizleistung und die Bodenbeschaffenheit des Untergrundes bestimmt. Je mehr Energie Ihr Gebäude benötigt desto größer muss die Fläche werden und damit verbunden steigen auch die Kosten für die Erdarbeiten. Daher sollte ein Bestandsgebäude IMMER vorher thermisch saniert werden. Um die Größenordnung der Sondenfläche in m² abzuschätzen, kann als Faustformel die Heizleistung in kw mit 30 multipliziert werden. Diese Fläche entspricht meist dem eineinhalb- bis dreifachen der beheizten Wohnfläche. Ideal sind feuchte Lehmböden. Weniger geeignet sind trockene Schotterschichten. Dann vergrößert sich der Flächenbedarf. Aber Vorsicht: für die Dimensionierung ist die genaue Kenntnis der Bodenbeschaffenheit notwendig! Bilder Quelle: links: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe, rechts: Arsenal Research Für beide Sondentypen gilt: An der Größe der Sondenanlage (Fläche bzw. Tiefe) darf nicht gespart werden. Zu klein dimensionierte Sondenanlagen schädigen auf Dauer (mehrere Jahre) das Erdreich. Dadurch sinkt die Effizienz und im Extremfall kann durch Eisbildung im Untergrund die Sonde nachhaltig zerstört werden! Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 6

7 Wärmequelle Grundwasser Das Grundwasser ist aufgrund der konstant hohen Temperatur (über 10 C) die beste Wärmequelle. Über ein Brunnensystem - den Saugbrunnen - wird Grundwasser zur Wärmepumpe gefördert, dort abgekühlt und über einen Schluckbrunnen wieder zurückgegeben. Die beiden Brunnen sollten einen Abstand von ca. 15 m haben, wobei der Saugbrunnen in der Fließrichtung des Grundwassers vor dem Schluckbrunnen angeordnet werden muss. Wichtig bei der Installation von Grundwasserwärmepumpen ist neben der ausreichenden Schüttleistung, d.h. dem ausreichend vorhandenen Grundwasserstrom, auch die Wasserchemie. So können z.b. die Brunnenanlage verockern, d.h. der Brunnen wird unbrauchbar, oder Korrosion an der Wärmepumpe auftreten. Eine Wasseranalyse ist daher unbedingt notwendig. TIPP: Die Fördermenge der Brunnenpumpe wird durch die benötigte Heizleistung bestimmt. Je mehr Energie Ihr Gebäude benötigt, desto größer muss die Brunnenanlage werden. Daher sollte ein Bestandsgebäude IMMER vorher thermisch saniert werden. Um die Größenordnung der Fördermenge in Liter pro Stunde abzuschätzen, kann als Faustformel die Heizleistung in kw mit 250 multipliziert werden. Der prinzipielle Vorteil in der Effizienz durch die hohe Temperatur des Grundwassers wird jedoch in der Praxis oft durch zwei Dinge beeinträchtigt. Aufgrund einer nicht optimalen Wasserchemie und aus Rücksicht auf die Ausfallssicherheit der Wärmepumpe wird zwischen dem Grundwasserkreislauf und der Wärmepumpe ein weiterer Kreis, ein so genannter Zwischenwärmetauscherkreis, geschaltet. Für den Betrieb dieses Zwischenkreislaufes ist eine Pumpe notwendig die Strom benötigt. Zudem verliert man 3-5 C an Temperatur. Für den Betrieb einer Grundwasserwärmepumpe ist im Saugbrunnen eine Pumpe notwenig, die mehr Energie benötigt als die Umwälzpumpe in einem Solekreis bei Erdreichwärmenutzung. Beide Komponenten wirken sich negativ auf die Effizienz aus. Daher sollte im Einzelfall immer geprüft werden, ob die Grundwasser- oder die Erdwärmenutzung die bessere Wahl ist. Die Nutzung von Grundwasser unterliegt immer der wasserrechtlichen Bewilligung. Bilder Quelle: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 7

8 Wärmequelle Außenluft Auch die Außenluft eignet sich prinzipiell als Wärmequelle. Die Außenlufttemperatur unterliegt aber im Jahresverlauf den größten Schwankungen. Gerade zu Zeiten des größten Energiebedarfes im Winter ist die Außenlufttemperatur am geringsten. Dies wirkt sich natürlich negativ auf die Effizienz der Wärmepumpe aus. Da aber die Luft überall verfügbar und für die Installation keine Genehmigung notwendig ist, kann der Einsatz einer Luft-Wasser Wärmepumpe vor allem in sehr gut gedämmten Gebäuden sinnvoll sein. Die geringere Effizienz wirkt sich in Einfamilienhäusern der Kategorie A bis A++ nur unwesentlich auf die jährlichen Energiekosten aus. Oft wird diese Art der Wärmepumpe als bivalente Wärmepumpe angeboten und eingesetzt. Neben der geringen Außentemperatur im Winter macht ein weiteres Phänomen das Leben der Luftwärmepumpe schwer, nämlich die Notwenigkeit der Abtauung. Bei Temperaturen unter 5 C und vor allem bei hohen Luftfeuchtigkeiten, z.b. Nebel, entsteht beim Wärmeentzug der Luft in der Wärmepumpe Kondenswasser, das sofort gefriert. Dieser Eisfilm muss abgetaut werden, da er, ähnlich der Abtauung beim Kühl- und Gefrierschrank, die Funktion und die Effizienz beeinträchtigt. Für diese Abtauung ist Energie notwendig. Diese Energie muss im schlimmsten Fall direkt elektrisch zugeführt werden. Dadurch sinkt die Effizienz weiter. Außerdem muss darauf geachtet werden, dass das entstehende Kondensat abgeführt werden kann. TIPP: Luftwärmepumpen sind einfache und kostengünstige Systeme, jedoch wird dies durch eine geringere Effizienz und durch eine eventuell höhere Schallbelastung erkauft. Prüfen Sie vor Anschaffung einer Luftwärmepumpe, ob Ihr Gebäude dem hohen Dämmstandard überhaupt entspricht und ob sich die bessere Effizienz einer Erdwärmepumpe nicht binnen weniger Jahre gegenüber der höheren Anschaffung amortisiert. Hinweis: Luftwärmepumpen werden in Tirol nur bei Gebäuden mit einer Energieklasse unter 25 kwh/m²a gefördert. Bilder Quelle: links: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe, rechts: Dimplex Bei einer Luftwärmepumpe werden große Luftmengen bewegt (oft mehrere tausend m³ pro Stunde). Diese Luftbewegungen bleiben nicht unhörbar. Daher sollte bei der Wahl des Aufstellungsortes bei Außenaufstellung bzw. bei der Anbringung der Ansaug- und Ausblasöffnungen das entstehende Geräusche berücksichtigt werden. Eine Aufstellung in der Nähe von Schlafzimmern sollte unbedingt vermieden werden. In dicht bebauten Gebieten mit vielen schallharten Oberflächen ist der Einsatz einer Luft-Wärmepumpe nicht zu empfehlen. Spezielle Hauben, langsam laufende drehzahlgesteuerte Ventilatoren und spezielle Nachtprogramme helfen zudem den Geräuschpegel zu senken. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 8

9 Sonderstellung Kompaktgeräte So genannte Kompaktgeräte sind Geräte die mehrere Funktionen in einem Gerät vereinen. Die Geräte beinhalten meist eine Wärmepumpe, ein Lüftungsgerät für die Komfortlüftung und eventuell auch einen Warmwasserspeicher. In diesen Geräten erfüllt die Wärmepumpe sowohl die Funktion der Warmwasserbereitung als auch die Bereitstellung von Heizungswärme für ein Fußbodenheizungssystem und/oder die Luftnachheizung. Diese Systeme können AUSSCHLIESSLICH im Passivhausbereich bzw. bis maximal zur Kategorie A (25 kwh/m²a) eingesetzt werden. In diesem Anwendungsbereich erfüllen sie aber Ihre Aufgaben sehr kosten- und energieeffizient, da meist auch die warme Abluft der Wohnräume als Wärmequelle genutzt wird. Dies erhöht die Effizienz der Kompaktgeräte. Wärmeabgabe Neben einer möglichst hohen Temperatur der Wärmequelle ist die Temperatur der Wärmeabgabe der wichtigste Parameter für eine effiziente Wärmepumpe. Die Auslegungstemperatur der Wärmeabgabe muss im Neubau am kältesten Tag (Normaußentemperatur) unter 35 C sein. In der Sanierung muss die Auslegungstemperatur unter 45 C liegen. Diese Temperatur erreicht man nur über eine Fußbodenheizung bzw. eine Wandheizung. Mit normalen Radiatoren werden diese geringen Vorlauftemperaturen meist nicht erreicht. Im Einzelfall kann bei der Sanierung überprüft werden, ob ein bestehender Heizkörper nach einer thermischen Sanierung des Gebäudes so überdimensioniert ist, dass damit die geringen Temperaturen bewerkstelligt werden können. ACHTUNG: Für Luftheizungen (mit Ausnahme im Passivhaus) und alte Ein-Rohr-Heizkörpersysteme aus den 70er-Jahren sind Wärmepumpenanlagen gänzlich ungeeignet! Quelle: Energieagentur Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, hat die Vorlauftemperatur großen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl. Jedes Grad mehr bei der Vorlauftemperatur verursacht 2,5% mehr Energieverbrauch. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 9

10 Direktverdampfer-Wärmepumpen So genannte Direktverdampferwärmepumpen sind spezielle Wärmepumpen, die auf einen separaten Sole-Kreislauf verzichten. Um dies zu bewerkstelligen, ist der Verdampfer nicht in der Wärmepumpe eingebaut. Dieser wird an Ort und Stelle meist in Form eines Flachkollektors oder einer so genannten CO2-Sonde verbaut. Für diese Tätigkeit ist eine spezielle Ausbildung zum Kältetechniker notwendig, da die Wärmepumpe nach dem Zusammenbau erst mit dem Kältemittel gefüllt werden muss. Der Vorteil dieser Variante ist, dass einerseits ein Wärmetauscher und andererseits die Solepumpe wegfällt. Dadurch steigert sich die Effizienz der Wärmepumpe. Betriebsarten von Wärmepumpen Wärmepumpen können als alleiniges Heizungssystem (monovalent) oder zusammen mit einem weiteren Heizsystem, z.b. einer bestehenden Öl- oder Gasheizung betrieben werden. Der Umschaltzeitpunkt zwischen den beiden Systemen wird Bivalenzpunkt genannt und bedarf genauer Planung. Diese Betriebsart nennt man dann bivalent. Sie ist ausschließlich im Sanierungsbereich bei vorhandener Heizung zu empfehlen. In diesem Fall ist auch zu überlegen, ob der doppelte Aufwand für die Investition, die Wartung und Inspektion von zwei Heizungssystemen sinnvoll ist. Im Neubau wird ausschließlich die monovalente Betriebsweise empfohlen. Eine Sonderstellung nimmt die monoenergetische Betriebsweise ein. Dabei wird die zusätzliche Wärmemenge, die die Wärmepumpe nicht erzeugen kann durch eine Stromdirektheizung abgedeckt. Diese Betriebsweise wird meist bei Luft-Wasser-Wärmepumpen angewandt, um an den kältesten Tagen des Jahres die benötigte Energie bereit zu stellen. TIPP: Wenn Ihre Wärmepumpe über eine zusätzliche Stromdirektheizung, oft auch als Notheizung tituliert, verfügt, so deaktivieren Sie diese und schalten Sie sie nur bei Bedarf zu. Oft laufen diese Nachheizungen unbemerkt und unnötigerweise im Hintergrund und verursachen erhebliche Stromkosten. Wärmepumpe und Warmwasserbereitung Die Wärmepumpe kann als reine Heizungswärmepumpe, als Heizungswärmepumpe mit Warmwasserbereitung oder als reine Warmwasserwärmepumpe betrieben werden. Je nach Einsatzbereich ändert sich die Effizienz der Wärmepumpe. Während die Heizungswärmepumpe für eine Heizungsvorlauftemperatur von 35 C ausgelegt wird, liefert sie bei Trinkwasserbetrieb höhere Temperaturen von ca. 55 C für den Boiler. Sollte jedoch Warmwasser über 60 C erzeugt werden, muss entweder mit einem Elektroheizstab oder mit einer speziellen Wärmepumpe (Hochtemperatur Wärmepumpe bzw. Wärmepumpe mit einem Heißgaswärmetauscher) nachgeholfen werden. Wie einleitend bereits beschrieben, nimmt die Effizienz der Wärmepumpe bei hohen Temperaturen ab. Vor allem, wenn in sehr gut gedämmten Gebäuden der Anteil der Energie für das Warmwasser im Verhältnis zur Energie für die Raumheizung zunimmt, sinkt die Effizienz der Wärmepumpe um bis zu 20 bis 30%. TIPP: Vor allem im Sommer schafft eine kleine Warmwassersolaranlage leicht Temperaturen über 60 C. Daher empfehlen wir die Kombination einer kleinen Warmwassersolaranlage mit einer Wärmepumpe. Dadurch erreicht man neben einer sehr guten Ökobilanz noch eine Verlängerung der Lebensdauer der Wärmepumpe, da sie im Sommer ausgeschaltet bleiben kann. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 10

11 Ein Verzicht auf die Warmwasserbereitung mittels Wärmepumpe und dafür Einsatz einer Elektropatrone als Warmwasserbereitung macht jedoch keinen Sinn, da die Wärmepumpe immer eine bessere Effizienz besitzt als ein Elektro-Heizstab. Legionellen Legionellen sind Bakterien, die in jedem Trinkwasser vorkommen. Das Einatmen von legionellenbelasteten Aerosolen (feinsten Wassertröpfchen, z.b. unter der Dusche) kann bei Personen mit geschwächtem Immunsystem zu schweren Lungenentzündungen und im Extremfall zum Tod führen. Legionellen vermehren sich bei Wassertemperaturen zwischen 25 C und 50 C, während sie erst bei Temperaturen über 60 C rasch absterben. Daher soll die Trinkwarmwasserspeichertemperatur über 60 C sein. Das Kaltwasser soll eine Temperatur von 20 C nicht überschreiten. Mit Ausnahme von Ein- und Zweifamilienhäuser gilt die strenge ÖNORM B5019. In dieser Norm wird festgelegt, dass Warmwasser in Boilern immer durchgehend mindestens 60 C und das Wasser in Zirkulationsleitungen mindestens 55 C haben müssen. Außerdem ist das Ausschalten der Zirkulationspumpe nicht zulässig. Schema Frischwassermodul (Quelle: Die sicherste und hygienisch beste Variante der Warmwasserbereitung ist das System Pufferspeicher mit Frischwassermodul. Dabei wird das Warmwasser nur bei Bedarf im Druchlaufprinzip erwärmt. Im Ein- und Zweifamilienhaus können auch andere Speichersysteme eingebaut werden, jedoch wird die Verwendung von Frischwassermodulen empfohlen. In allen anderen Objekten muss auf die Einhaltung der ÖNORM B5019 geachtet werden! Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 11

12 Wärmepumpe in Kombination mit einer Solaranlage Generell ist die Kombination von thermischen Solaranlagen und Wärmepumpen empfehlenswert. Mit dieser Kombination werden meist 70 Prozent der Warmwasserbereitung über die Solaranlage abgedeckt und die restlichen 30 Prozent übernimmt die Wärmepumpe. Dadurch steigt die Anlageneffizienz und der Anteil erneuerbarer Energien und somit der Umweltnutzen erhöhen sich. Die Ökobilanz fällt somit sehr gut aus. Solaranlagen sind auch in Kombination mit einer Wärmepumpe wirtschaftlich. Eine Solaranlage später nachzurüsten ist immer teurer und aufwändiger. Hinweis: Wenn Sie einen bestehenden Warmwasserspeicher, oder einen Warmwasserspeicher eines fremden Herstellers mit Ihrer Wärmepumpe kombinieren möchten, sollten Sie unbedingt darauf achten, dass dieser für den Betrieb mit Wärmepumpen geeignet ist! Standardspeicher haben zu kleine Wärmetauscher, sodass die Funktion und die Effizienz der Wärmepumpe nicht gegeben ist. Die Brauchwasserbereitung mit der Wärmepumpe ist deutlich ineffizienter als die Erzeugung von Heizwärme. Bedingt durch die höheren Temperaturen des Warmwassers kann nur mit einer Jahresarbeitszahl von rund 2 bis 2,5 für die Brauchwasserbereitung gerechnet werden. Der trotzdem erforderliche Stromdirektanteil der Nachheizung durch die E- Patrone kommt noch dazu. Durch die Einbindung der Solaranlage wird die Lebensdauer der Wärmepumpe verlängert. Bei solarer Warmwasserbereitung kann die Wärmepumpe nach der Heizperiode ausgeschaltet werden. Die Effizienz der Solaranlage ist unschlagbar. Vergleicht man die Effizienz der Solaranlage mit der Wärmepumpe, so würde die Solaranlage eine Jahresarbeitszahl von 40 erreichen und somit 20mal effizienter als eine Wärmepumpe sein. Quelle: Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe Wärmepumpe und Pufferspeicher Entscheidend für die Langlebigkeit einer Wärmepumpe ist die Laufzeit. Wärmepumpen sollten nach dem Start mindestens eine Laufzeit von 5 bis 10 Minuten habe. Diese Laufzeiten werden normalerweise dadurch erreicht, dass der Estrich der Fußbodenheizung aufgeheizt wird. Wenn jetzt aber Raumthermostate einen Großteil der Fußbodenheizung abschalten, kann es notwendig sein, dass bei der Wärmepumpenanlage ein Pufferspeicher eingebaut werden muss. Außerdem ist ein Speicher auch bei Anlagen mit vielen Heizkörpern und bei manchen Luftwärmepumpen notwendig.. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 12

13 Umfangreiche Untersuchungen in der Schweiz haben gezeigt, dass Pufferspeicher nur dort eingebaut werden sollen, wo sie unbedingt notwenig sind. Im Gegensatz zu Biomassekesseln, bei denen sich die Effizienz durch den Einsatz eines Pufferspeicher verbessert, bringt der Einbau eines Pufferspeichers bei Wärmepumpen keine Verbesserung der Jahresarbeitszahl. Wärmepumpen für Kühlzwecke In modernen Gebäuden mit großen Fenstern entstehen im Sommer trotz Beschattung oft höhere Raumtemperaturen. Außerdem kommt aufgrund des steigenden Komfortempfindens dem Thema Kühlung immer mehr Bedeutung zu. Die Wärmeabgabesysteme (Fußboden- oder Wandheizung) für den Winter können im Sommer, wenn auch nur begrenzt, zum Kühlen verwendet werden. Die Kühlenergie kann direkt aus dem Erdkollektor, der Erdsonde oder dem Grundwasser kommen. Ein Start der Wärmepumpe ist dazu nicht notwendig. Dies wird daher oft auch als passive Kühlung oder Free Cooling bezeichnet. TIPP: Mit guter Planung lässt sich Überhitzung vermeiden. Dann ist Kühlung nicht mehr notwendig. Das bedeutet allerhöchste Effizienz! Reicht das nicht aus, so kann auf passive Kühlung gesetzt werden. Dabei wird der im Sommer immer knapper werdende Strom am besten eingesetzt. Aktive Kühlung sollte möglichst vermieden werden Die Leistungsfähigkeit der passiven Kühlung ist begrenzt. Wenn höhere Kühlleistungen erforderlich sind, kann die Wärmepumpe zugeschaltet werden. Bei Wärmepumpen, die zum Kühlen geeignet sind, muss ein spezielles Ventil eingebaut sein. Diese Betriebsart wird auch aktive Kühlung genannt und benötigt zusätzlich Strom. Zusätzliche Aggregate - Pumpen und Ventilatoren Das Grundwasser, die Soleflüssigkeit und die Luft kommen nicht freiwillig in die Wärmepumpe. Zur Beförderung müssen Pumpen (Grundwasser und Sole) oder Ventilatoren (Luft) eingesetzt werden. Da natürlich auch diese Aggregate Strom zum Betrieb benötigen und damit die Effizienz beeinflussen, müssen sie richtig dimensioniert werden. TIPP: Da diese zusätzlichen Aggregate oft hohe Laufzeiten haben, macht sich die richtige Dimensionierung und der Einsatz von Hocheffizienzpumpen bezahlt. Energieeffizienz Bei keinem anderem Heizungssystem wird so oft über Effizienz gesprochen, wie bei der Wärmepumpe. Trotzdem ist für den Laien das Durcheinander der Begriffe nur schwer zu durchschauen. Wesentlich ist, dass die Effizienz von Wärmepumpen von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der benötigenden Heizungsvorlauftemperatur abhängt. Je niedriger die Temperatur der Wärmequelle bzw. je höher die Temperatur auf der Heizungsseite, desto ungünstiger ist die Effizienz. Leistungszahl und Jahresarbeitszahl Die Leistungszahl der Wärmepumpe ist der Wert, der in den Technischen Datenblättern der Hersteller zu finden ist. Dieser Wert, auch COP (Coefficient Of Performance) genannt, spiegelt bei einem bestimmten Betriebspunkt z.b. B0/W35 die Verhältniszahl der eingesetzten elektrischen Energie zur erzielten Wärme wider. Zum Vergleich ist dies wie der Spritverbrauch eines Autos bei exakt 80 km/h. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 13

14 Da die verschiedenen Angaben ganz wesentlich von den Temperaturen abhängen, sind sie nur in Zusammenhang mit diesen Temperaturen aussagekräftig. Eine Leistungsangabe wird z. B. mit dem Zusatz B0/W35 angegeben. Dies bedeutet, dass die Sole eine Eintrittstemperatur von 0 C in die Wärmepumpe hat und das Heizungswasser die Wärmepumpe mit einer Temperatur von 35 C verlässt. Zur Bestimmung dieser Verhältniszahl ist eine Prüfung nach der Norm EN notwendig. Viele Wärmepumpen sind noch nach der alten Norm EN 255 geprüft worden. Aufgrund der Änderung der Prüfung sind die Prüfwerte der alten Norm um rd. 7% besser als die der neuen Norm. Diese Tatsache macht das Vergleichen der Produkte untereinander noch schwieriger. Hilfestellung bieten dazu unabhängige Prüfstellen, wie das AIT (vormals Arsenal Research) und das Wärmepumpen-Testzentrum Buchs in der Schweiz Beide Prüfstellen bieten im Internet frei zugänglich die aktuellen Prüfungen in einem Bulletin an. Für den tatsächlichen Betrieb der Anlage ist jedoch nicht die Leistungsziffer sondern die so genannte Jahresarbeitszahl JAZ ausschlaggebend. Diese Jahresarbeitszahl ist zu Vergleichen mit dem tatsächlichen Verbrauch, nicht mit den Herstellerangaben eines Autos. Im Unterschied zur Leistungsziffer werden bei der Jahresarbeitszahl alle Betriebszustände (unterschiedliche Temperaturen) während eines Jahres betrachtet. Dies ist eher geeignet, eine Wärmepumpe zu beurteilen. Die Jahresarbeitszahl ist aber für jeden Einsatz und Ort verschieden. Die Ermittlung der Jahresarbeitszahl kann über die VDI 4650 oder besser über das Tool JAZcalc der Qualitätsgemeinschaft Wärmepumpe Austria ( erfolgen. Eine gute Planung der Wärmepumpenanlage umfasst die Berechnung der Jahresarbeitszahl, den Einbau eines Wärmemengenzählers und den Einbau eines separaten Stromzählers, um die Jahresarbeitszahl auch überprüfen zu können. Ökologie und Ökonomie Neutrale Untersuchungen haben ergeben, dass für einen positiven Beitrag zum Klimaschutz eine Jahresarbeitszahl über 3,0 erreicht werden muss. Ab dieser Jahresarbeitszahl ist die Wärmepumpe, auch mit der ungünstigsten Variante der Stromgewinnung in einem alten kalorischen Kraftwerk, gegenüber einer Öl- bzw. Gasheizung im Vorteil. Eine höhere Jahresarbeitszahl ist nicht nur besser für das Klima, sondern auch besser für die Wirtschaftlichkeit. Darum wurde in der Tiroler Wohnbauförderung die zu erreichende Jahresarbeitszahl von mindestens 4,0 festgeschrieben. Mit dieser Jahresarbeitszahl übertrumpft die Wärmepumpe im Betrieb durch die geringen Kosten auch die sehr günstige Pelletsheizung. In einer ökologischen Reihung der Heizsysteme ist die Wärmepumpenheizung nach den thermischen Sonnenkollektoren und der Holzheizung an dritter Stelle. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 14

15 Wird beim verwendeten Strom für die Wärmepumpe darauf geachtet, dass der Strom aus erneuerbarer Energie wie Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik usw. kommt, ist der Betrieb der Wärmepumpe nicht nur am Aufstellungsort, sondern überhaupt CO2 frei und damit ein ökologischer Musterschüler. Installation, Inbetriebnahme und Wartung Lassen Sie Ihre Wärmepumpenanlage von einem konzessionierten Installateur einbauen. Betriebe, die sich zusätzlich weitergebildet haben und den Kurs Zertifizierter Wärmepumpeninsallateur absolviert haben, finden Sie unter Wärmepumpenprofis finden Sie unter Ihr Installateur sollte Ihnen mit der Inbetriebnahme der Anlage die Anleitungen für die In- und Außerbetriebnahme, für die Regelung und für die Behebung einfacher Betriebsfehler beilegen, sowie ein Abnahmeprotokoll ausfüllen und übergeben. Hinweis: Die Wärmequelle Erdreich darf nicht zur Ausheizung des Gebäudes bzw. des Estriches verwendet werden, da es sonst zu einer Schädigung der Sonden kommen kann! Förderungstechnische Voraussetzungen Für den Erhalt der Förderung für Wärmepumpen zu Heizungszwecken mit den Wärmequellen Erdreich oder Grundwasser sind folgende Voraussetzungen einzuhalten: Hauptheizung mit Niedertemperaturverteilung unter 35 C (45 C im Altbau) Jahresarbeitszahl größer bzw. gleich 4 Der Nachweis der Jahresarbeitszahl 4 ist erfüllt, wenn die Wärmepumpe die Leistungsziffer lt. Prüfzeugnis (z.b. AIT bzw. WPZ) laut nachstehender Tabelle erreicht und den Güterichtlinien der Leistungsgemeinschaft Wärmepumpe in der Bundeswirtschaftskammer entspricht. Wärmequelle Betriebspunkt Erdreich (Sole) B0/W35 Erdreich (Direktverdampfer) E4/W35 DN25 Grundwasser W10/W35 COP nach EN 255 (Δt=10K) 4,4 4,4 5,5 COP nach EN (Δt=5K) 4,0 4,0 5,0 Für den Erhalt der Förderung für Wärmepumpen zu Heizungszwecken mit der Wärmequelle Luft sind folgende Voraussetzungen einzuhalten: Hauptheizung mit Niedertemperaturverteilung unter 35 C Installation in ein Gebäude mit maximal 300 m² Nutzfläche und einem Heizwärmebedarf von maximal 25 kwh/m²a Hinweis: Die Wärmepumpe ist in beiden Fällen mit einem Wärmemengenzähler und einem Stromsubzähler für den Kompressor und die Hilfsantriebe auszustatten. TIPP: Informieren Sie sich rechtzeitig bei den Förderstellen über Ihre Förderwürdigkeit. Nutzen Sie den eingebauten Wärmemengenzähler und den Stromzähler zur Kontrolle Ihrer Jahresarbeitszahl! Lassen Sie sich von Ihrem Installateur die zu erwartende Jahresarbeitszahl ausrechnen, um Sie mit der Wärmemengenerfassung zu vergleichen. Geringe Abweichungen sind normal und vom Nutzerverhalten und dem Klima abhängig. Nur wenn Sie mehr als 20 % betragen, sollten Sie ihren Installateur zu Rate ziehen. Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 15

16 Bauliche Voraussetzungen Neben dem passenden Gebäude (Energieklasse B und besser) sowie dem richtigen Wärmeverteilsystem (Fußbodenoder Wandheizung) ist die Möglichkeit der Zufahrt für das Bohrgerät bei Erdreich und Grundwasserwärmepumpen wichtig. Bohrgeräte können bis zu 9 Meter lang und 2,5 m breit sein, sowie bis zu 25 t wiegen. Weiters wird Platz für eine Schlammmulde oder einen Container benötigt, um das Bohrgut vor der Entsorgung zu lagern Rechtliche Voraussetzungen Für die Wärmepumpen gibt es unterschiedliche rechtliche Voraussetzungen. Je nach Eingriff in die Umwelt sind die Anlagen anzeige- oder bewilligungspflichtig. Grundlegend gelten folgende Auflagen: Grundwasserwärmepumpen sind bewilligungspflichtig Erdreichwärmepumpen in Form von Tiefsonden sind anzeigepflichtig Erdreichwärmepumpen in Form von Flachkollektoren sind nur in wasserrechtlich besonders geschützten Gebieten (Quellschutzgebiete oder Wasserschongebiete) und in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung bewilligungspflichtig Luftwärmepumpen benötigen keine Bewilligung oder Anzeige Die Auflistung der benötigten Unterlagen und die Einreichstellen finden Sie auf der Homepage des Landes Tirol: tirol.gv.at/bezirke/allgemein/umwelt/wr06/ Weiterführende Informationen: Internetseiten der österreichischen Herstellerverbände Internetseiten der Prüfstellen Internationale Seiten Hinweis: Die Haftung für die Ausführung obliegt den ausführenden Firmen. Energie Tirol gibt Planungs- und Ausführungsempfehlungen und übernimmt keinerlei Haftung. Die Skizzen ersetzen keinen statischen, bauphysikalischen oder brandschutztechnischen Nachweis. Energie Tirol Südtiroler Platz Innsbruck Tel / Fax DW 30 office@energie-tirol.at Stand: Dezember 2009 Energie Tirol Wärmepumpe / Erdwärme Seite 16