Die Wärmepumpe. Kostenlose Naturenergie auf dem eigenen Grundstück nutzen. BUND Stuttgart Referent: Jürgen Lang BARTL Wärmepumpen

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1 Die Wärmepumpe Kostenlose Naturenergie auf dem eigenen Grundstück nutzen BUND Stuttgart Referent: Jürgen Lang BARTL Wärmepumpen

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3 Ablauf: Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Die möglichen Wärmequellen Kostenvergleich WP/Öl/Gas/Pellets

4 Was ist eine Wärmepumpe? Eine Wärmepumpe beheizt Ihr Gebäude und sorgt für warmes Wasser, und zwar das ganze Jahr Es werden keine fossilen Energieträger wie Öl oder Gas benötigt Ca. 75% der benötigten Energie werden aus der direkten Umgebung des Gebäudes geholt Nur ca. 25% Antriebsenergie werden in Form von Strom benötigt Die Wärmepumpe pumpt Energie aus der direkten Umgebung des Gebäudes ins Haus Bei Öl oder Gas muss die Energie viele tausend Kilometer transportiert werden

5 Grundsätzliche Funktion der Wärmepumpe Prinzip des Kühlschrankes Geschlossener, vollhermetischer Kreislauf Auf der kalten Seite wird Energie aufgenommen Auf der warmen Seite wird Energie abgegeben Es ist eine Wärmequelle erforderlich

6 Funktionsablauf: Im Verdichter wird gasförmiges Kältemittel von niedrigem auf hohen Druck verdichtet, dadurch wird das Kältemittel heiß Heißes Kältemittel wird im Verflüssiger abgekühlt und verflüssigt und gibt dabei Wärme ab (Wasser wird warm) Im Drosselorgan wird der Druck des flüssigen warmen Kältemittels reduziert, dadurch wird das flüssige Kältemittel kalt Im Verdampfer wird dem sehr kalten Kältemittel Wärme zugeführt (Erdreich, Grundwasser, Außenluft) und das Kältemittel verdampft Usw., usw., usw.

7 10 C 80 C P: Hochdruck P 0: :Niederdruck T Ü : Überhitzungstemperatur T: VL Temperatur Heizung T 0 : Q zu : Temperatur Wärmequelle Entzugsleistung W: Verdichterarbeit Q ab : Heizleistung 0 C 40 C Q zu + W = Q ab 75% + 25% = 100%

8 Darstellung gesamter Kältekreislauf

9 Die Bauteile der Wärmepumpe Verdichter Verflüssiger Drosselorgan Verdampfer Kältemittel

10 Der Verdichter Vollhermetische Ausführung Scrollverdichter Sehr laufruhig Keine Verschleißteile Hohe Effizienz bei geringem Temperaturhub Einsatz bei Sole und Grundwasser WP Scrollverdichter Hubkolbenverdichter Werden bei Wärmepumpen fast nicht mehr eingesetzt Hubkolbenverdichter

11 Der Verflüssiger Edelstahlplatten Wärmetauscher Mit Kupferfolie verlötete Edelstahlplatten Höchste Effizienz Empfindlich bei Verschmutzung Geringer Platzbedarf Koaxial Wärmetauscher Unempfindlicher bei Verschmutzung Deutlich größer

12 Der Verdampfer(I) Edelstahlplatten Wärmetauscher Mit Kupferfolie verlötete Edelstahlplatten Höchste Effizienz Empfindlich bei Verschmutzung Geringer Platzbedarf Einsatz bei Sole WP s (geschlossener Kreislauf) Koaxial Wärmetauscher Unempfindlicher bei Verschmutzung Deutlich größer Verwendung bei Grundwasser WP

13 Der Verdampfer(II) Lamellen Wärmetauscher Aluminium Lamellen auf Kupferrohr Einsatz bei Luft Wärmepumpen Kondensatablauf beachten Abtauung erforderlich

14 Das Drosselorgan Schnittstelle zwischen Hoch- u. Niederdruck Dosiert die Kältemittelmenge die zum Verdampfer gelangt Schützt Verdichter vor Flüssigkeitsschlägen Ausführung thermostatisch oder elektrisch Überhitzung einstellbar

15 Das Kältemittel Früher gebräuchliche Kältemittel wie R12, R22 u. R502 sind heute in Neuanlagen verboten Heute wird R134a, R407C, R404A, R410A oder Propan eingesetzt Bei Propan muss Aufstellraum entlüftet werden Wichtig: hermetischer Aufbau damit kein KM- Verlust auftreten kann Keine weit verzweigten Systeme (Direktverdampfung, Direktkondensation)

16 Die Leistungszahl Setzt die aufgenommene Energie ins Verhältnis zur abgegebenen Energie Ist nicht konstant sondern von sich ständig ändernden Randbedingungen abhängig Temperatur der Wärmequelle und des Wärmeverbrauchers sind entscheidend Leistungszahl = abgegebene Energie/aufgenommene Energie Ziel > 3,5

17 Die Wärmeverteilung Vorlauftemperatur möglichst niedrig Optimal geeignet Flächenheizsystem, Fußboden- oder Wandheizung Radiatoren müssen auf max. 45 C ausgelegt werden Abschaltzeiten vom Energieversorger beachten Je niedriger die Vorlauftemperatur umso besser ist die Leistungszahl

18 Der Pufferspeicher Überbrückung der Sperrzeiten, je nach Energieversorger bis zu 3 x 2 Stunden Sicherstellung von Mindestlaufzeiten der WP, die Leistung der WP von 15 Minuten Laufzeit sollte aufgenommen werden können

19 Die Wärmequellen Erdwärmesonde Erdreichflächenkollektor Grundwasser Außenluft

20 Die Erdwärmesonde Tiefenbohrung bis ca. 150m Durchmesser cm Doppel U-Sonde (2 x VL, 2 x RL) Kunststoff HD-PE Ø 25 40mm Geologie beachten Mindestabstände bei Sondenfeldern beachten Ringraum fachgerecht verfüllen Alle Leistungsbereiche

21 Die Erdwärmesonde, Kosten Ca /Bohrmeter Beispiel: Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus erforderlich ca. 160 Bohrmeter ca

22 Der Erdreichflächenkollektor Verlegetiefe ca. 1,2 1,5m Verlegeabstand ca cm Kunststoffrohr HD-PE Ø 20 25mm Fläche hängt vom Untergrund ab Optimal ist ein feuchter, lehmiger Boden Ca.0,5-2-fache Fläche im Garten erforderlich Kostengünstige Wärmequellenerschließung für kleine bis mittlere Leistungen

23 Der Erdreichflächenkollektor Kosten Durch Eigenleistung große Einsparung möglich Beispiel: Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus erforderlich ca. 200 m² Fläche Materialkosten ca Erdarbeiten und Verlegekosten ca

24 Erdsonde Flächenkollektor

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26 Anlagenbeispiel Erdreichflächenkollektor Gesamtschule Adelsried bei Augsburg seit 1982 in Betrieb Heizleistung: 150 kw 3 x WB 16 S m Rohr im Erdreich verlegt

27 Gesamtschule Adelsried Seit 1982 in Betrieb Heizleistung: 150 kw 3 x WB 16 S m Rohr im Erdreich

28 Sole - Wasser - Wärmepumpe Eco 0,8-10S Heizleistung: ca kw

29 Sole - Wasser - Wärmepumpe WB 10-36S Heizleistung: ca kw

30 Das Grundwasser Offenes System Spezielle Wärmetauscher oder Zwischenkreis erforderlich Wasserqualität beachten Förder- und Schluckbrunnen Wasserrechtliche Genehmigung Beste Leistungszahlen Alle Leistungsbereiche

31 Das Grundwasser, Kosten Ca / Brunnenmeter Tiefe unabhängig vom Wärmebedarf Beispiel: Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus Wasserstand bei 5 m Brunnentiefe ca. 8m Gesamtkosten Brunnen ca

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33 Die Außenluft (I) Überall einsetzbar und verfügbar Keine aufwändigen Erschließungsarbeiten Unerschöpflich Niedrige Leistungszahlen bei extremen Temperaturbedingungen, im Jahresmittel aber ausgeglichen Kleine und mittlere Leistungen Durch die Nutzung der Abluft einer Lüftungs- anlage ist eine Wärmerückgewinnung quasi kostenlos möglich

34 Die Außenluft (II) Wärmebedarf des Gebäudes bei Auslegungs- temperatur (-12 C bis -16 C) ermitteln Auslegung Vollbetrieb WP auf AT ca. -7 C (Bivalenzpunkt) Bei tieferen AT Unterstützung durch 2. Wärmeerzeuger (in der Regel E.-Heizstab)

35 Die Außenluft (I), Kosten Keine speziellen Erschließungskosten Beispiel: Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus Mehrpreis WP gegenüber Sole ca bei Luft Kompakt Wärmepumpe

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38 Luft - Kompakt - Wärmepumpe zur Innenaufstellung ECO 3-8 LCI Heizleistung: ca kw

39 Luft - Split - Wärmepumpe ECO 3 6 LS WB 8-16LS Heizleistung: ca kw

40 Anlagenbeispiel Luft Wärmepumpe Energiezweckverband Wörth/Main Seit 1998 in Betrieb Beheizte Fläche: 980m² WP Typ: WB 16 LS TR zum Heizen und Kühlen Außenteil der Luft Split WP nicht sichtbar auf dem Dach montiert

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42 Kriterien für die Auswahl der Wärmequelle Platzverhältnisse auf dem Grundstück Klimatische Lage Situation mit Nachbargebäuden Bodenbeschaffenheit Finanzielle Situation des Bauherrn Wünsche des Bauherrn

43 Emmissionswerte Emmission in g CO 2 / kwh Wärme Wärmepumpe Ölkessel Gaskessel Gasbrennwertkessel

44 Primärenergieeinsparung bei der Nutzung einer Wärmepumpe 45% 44% 43% 42% 41% 40% 39% 38% 44% 43% 40% Primärenergieeinsparung in % gegenüber Öl gegenüber Gas gegenüber Gasbrennwert

45 CO 2 Minderung durch den Einsatz einer Wärmepumpe 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 55% 39% 30% CO 2 Minderung in % gegenüber Öl gegenüber Gas gegenüber Gasbrennwert

46 Wärmepumpen für besondere Anwendungen Zusatznutzen durch freie Kühlung Die Wärmepumpe mit der Heißgasentwärmung für hohe Brauchwassertemperaturen

47 Die Kühlfunktion Bei Sole- u. Grundwasser Wärmepumpe freie Kühlung möglich, dadurch geringste Betriebskosten f. Kühlbetrieb Über Kreislaufumkehrung Kühlung auch bei Luft WP möglich Wärme/Kälteverteilung muss geeignet sein (Flächenheiz-/kühlsystem oder spezielle Truhen) Spezielle Raumthermostate erforderlich Bei Sole WP durch Kühlbetrieb Verbesserung der Leistungszahl auch beim Heizbetrieb

48 Die freie Kühlung Bei Sole- und Wasser- Wärmepumpen Solekreis wird umgeleitet Verschraubte Plattenwärmetauscher bei Wasser-Wasser- Wärmepumpen

49 Hydraulikbeispiel

50 Worauf ist zu achten geschraubter Plattenwärmetauscher bei Wasser-Wasser- Wärmepumpen Frostschutzthermostat im Freikühler Raumthermostat mit Heizen/Kühlen Funktion Bei Einzelraumregelung elektrothermische Ventile (sie erhalten ihr Auf-Kommando vom Raumthermostat) Bei einfacher Ausführung mit Kaltwasserregelthermostat Vorlauftemperatur kann auf C eingestellt werden Aufwändige Regelung ist eine Taupunktregelung Mischer hält die Temperatur immer oberhalb des Taupunktes

51 Die Heißgasentwärmung Brauchwassererwärmung bis ca. 65 C in Verbindung mit BARTL- Systemspeicher möglich Leistungszahl immer noch zwischen 4 und 5 (z. Bsp. WQ Sole, VL 35 C) Für alle Wärmepumpen Typen lieferbar Entlasteter Betrieb trotz hoher VL Temperaturen, dadurch lange Lebenszeit Einfache Montage durch vorinstallierte Ladepumpe

52 P: Hochdruck P 0: :Niederdruck T Ü : Überhitzungstemperatur T: VL Temperatur Heizung T 0 : Q zu : Temperatur Wärmequelle Entzugsleistung W: Verdichterarbeit Q ab : Heizleistung Q zu + W = Q ab 75% + 25% = 100%

53 Zu beachten: Speicher weder Kalt noch Warm überhöht betreiben Nur tatsächlich benötigte Temperaturen erzeugen Dadurch wird äußerst effektiver Betrieb möglich Keine Nachheizregister mit unnötig hohen VL Temperaturen einsetzen Wärmequelle so gut wie möglich aufbauen

54 Einsatzmöglichkeiten Ein- und Mehrfamilienhäuser Kindergärten, Schulen Rathäuser, Museen Sporthallen, Tennisplätze Campingplätze Überall wo Heizung oder Warmwasser benötigt wird

55 Fazit Der Einsatz einer Wärmepumpe senkt deutlich den CO 2 Ausstoß und den Primärenergieverbrauch bei vernünftigen Einsatzbedingungen Moderne Wärmepumpentechnik arbeitet zuverlässig, geräuscharm und kostengünstig Betriebskosten können effektiv um ca. 50 % gesenkt werden

56 Die Wärmepumpe Das Heizsystem der Zukunft Nutzung kostenloser Umweltenergie Einsparung von Primärenergie Kamin u. Brennstofflager entfallen Keine Vorfinanzierung von Brennstoff Komfortable Heiztechnik einfache Bedienung Jederzeit und überall einsetzbar Reduzierung von Schadstoffen und CO 2 Ausstoß Vor Ort emissionsfrei Die Wärmepumpe, denn es lohnt sich es besser zu machen!