Wärmepumpen Warmwasserboiler

Transkript

1 DIV / Abteilung Energie Wärmepumpen Warmwasserboiler Jörg Marti Kanton Thurgau, Abteilung Energie

2 Themen Einführung, Funktion Wärmepumpe Normen, Gesetze und Förderung Auswirkungen, Wärmeströme Resultate von Studien Zusammenfassung, Empfehlung 2

4 Verteilung Energieverbrauch Schweiz 4

5 Entwicklung Energieverbrauch im Wohnbereich Warmwasser Liter Heizöl pro m Altbau Neubau 2010 Neubau ab 2011 MINERGIE- Sanierung MINERGIE- Neubau MINERGIE- P Gew ichtete Energiekennzahl Wärm e 5

6 WP-Boiler Typen Kompaktgerät Splitgerät 6

7 Prinzip Wärmepumpe Strom Wärmequelle COP JAZ Wärmenutzung COP = P Wärmenutzung / P Strom JAZ = E Wärmenutzung / E Strom 7

8 Aufgabe 1 WP-Boiler mit JAZ 3.0 BWW Bedarf ab Boiler 3000 kwh/a Stromverbrauch pro Jahr? Energie von der Wärmequelle pro Jahr? Grösse des kontiunierlichen Wärmestroms? 8

9 Aufgabe 1, Lösung Primärenergie 2500 kwh? 1000 kwh Strom Wärmequelle 2000 kwh 230 W COP JAZ 3 Wärmenutzung COP = P Wärmenutzung / P Strom JAZ = E Wärmenutzung / E Strom 3000 kwh 9

10 WP Komponenten Ventilator Pumpe 10

11 Typisches Gerät Volumen 300 Liter Heizleistung 2 kw Aufheizzeit 5 bis 10 Stunden Warmwassertemperatur 55 C, max. 60 C Legionellenschaltung, wöchentlich, 60 C Luftmenge 300 bis 500 m 3 /h (Lüfter ca. 50 W) El. Heizstab 1.5 kw El. Anschluss 230 V, 10 bis 16 A Kondensatablauf 11

12 Idee Einfacher Ersatz von alten Elektroboilern Strom sparen dank der JAZ Kostengünstig Voraussetzung Gute JAZ Genügend Wärme vorhanden Davon wenig Wärme von der Raumheizung 12

13 Themen Einführung, Funktion Wärmepumpe Normen, Gesetze und Förderung Auswirkungen, Wärmströme Resultate von Studien Zusammenfassung, Empfehlung 13

14 EN Wärmepumpen mit elektrisch angetriebenen Verdichtern - Prüfungen und Anforderungen an die Kennzeichnung von Geräten zum Erwärmen von Brauchwarmwasser Aufheizzeit Leistungsaufnahme während Bereitschaftszeit COP für Entnahmezyklus Temperatur und max. Bezugsmenge Warmwasser Min. Temperatur Quelle Max. Temperatur Warmwasser 14

15 Wärmepumpen-Testzentrum WPZ in Buchs Prüft Geräte nach der EN 16147: Aufheizzeit Elektrische Verlustleistung Max. nutzbare Warmwassermenge COP (bei 15 C) Leider nicht min. Quellentemperatur COP variiert von 2.4 bis 3.4, im Mittel ~ 3.0 Grundlage für das FWS-Zertifikat, COP > 2.6 Mit Revision der EnV vom Bund kommt verm. Grenzwert und 15

16 Die effizientesten Geräte auf 16

17 Aufgabe 2 BWW Bedarf ab Boiler 3000 kwh/a Strompreis 20 Rp./kWh Variante A: WP-Boiler mit JAZ 3.4 Variante B: WP-Boiler mit JAZ 2.4 Wie gross ist die finanzielle Einsparung über 20 Jahre wenn der effizientere WP-Boiler eingesetzt wird (vereinfacht gerechnet)? 17

18 Aufgabe 2, Lösung BWW Bedarf ab Boiler 3000 kwh/a Strompreis 20 Rp./kWh Variante A: WP-Boiler mit JAZ 3.4 Variante B: WP-Boiler mit JAZ 2.4 Wie gross ist die finanzielle Einsparung über 20 Jahre wenn der effizientere WP-Boiler eingesetzt wird? JAZ 3.4 E Strom = 3000 kwh / 3.4 = 882 kwh JAZ 2.4 E Strom = 3000 kwh / 2.4 = 1250 kwh Einsparung = (1250 kwh 882 kwh) * 0.20 CHF * 20 a = CHF 18

19 SH: 18, Anhang 2 DIV / Energie Energieverordnung Thurgau 35 und Anhang 4: Minimale Dämmstärken bei Verteilleitungen der Heizung sowie bei Warmwasserleitungen 19

20 SH: 24a, Anhang 3 DIV / Energie Energieverordnung Thurgau 40 und Anhang 4: Minimale Dämmstärken bei Luftkanälen, Rohren und Geräten von Lüftungs- und Klimaanlagen 20

21 SH: 24 DIV / Energie Energieverordnung Thurgau 41 Luftgeschwindigkeiten: Die Luftgeschwindigkeiten dürfen in Apparaten, bezogen auf die Nettofläche, 2 m/s und im massgebenden Strang der Kanäle folgende Werte nicht überschreiten: 1. bis m³/h 3 m/s; 21

22 SH: 17a DIV / Energie Energieverordnung Thurgau 32 Wassererwärmer und Wärmespeicher: Der Neueinbau einer direkt-elektrischen Erwärmung des Brauchwarmwassers ist in Wohnbauten nur erlaubt, wenn das Brauchwarmwasser: 1. während der Heizperiode mit dem Wärmeerzeuger für die Raumbeheizung erwärmt beziehungsweise vorgewärmt wird oder 2. primär mittels erneuerbarer Energie oder nicht anders nutzbarer Abwärme erwärmt wird. 22

23 SH: 3, Anhang 6 DIV / Energie Energieverordnung Thurgau 16 Verbindliche Normen, Empfehlungen und Richtlinien: 1. SIA-Norm 180 Wärme- und Feuchteschutz im Hochbau, SIA-Norm 380/1 Thermische Energie im Hochbau, SIA-Norm 380/4 Elektrische Energie im Hochbau, SIA-Norm 382/1 Lüftungs- und Klimaanlagen - Allgemeine Grundlagen und Anforderungen, 2007; 5. SIA-Empfehlung V382/3 Bedarfsermittlung für lüftungstechnische Anlagen, SIA-Norm 384/1 Heizungsanlagen in Gebäuden - Technische Anforderungen, SIA-Norm Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast, SIA-Merkblatt 2024 Standard-Nutzungsbedingungen für Energie- und Gebäudetechnik, SIA-Merkblatt 2028 Klimadaten für Bauphysik, Energie- und Gebäudetechnik,

24 Energienachweis 24

25 MuKEn 2014, Basismodule Beim Ersatz des Wärmeerzeugers in bestehenden Bauten mit Wohnnutzung sind diese so auszurüsten, dass der Anteil an nichterneuerbarer Energie 90% des massgebenden Bedarfs nicht überschreitet. (SL 7: WP-Boiler und PV, mind. 5 Wp / m 2 EBF) Bestehende zentrale Wassererwärmer, die ausschliesslich direkt elektrisch beheizt werden, sind bei Wohnnutzungen innerhalb von 15 Jahren nach Inkraftsetzung dieses Gesetzes zu ersetzen oder zu ergänzen. 25

26 Förderung Wärmepumpen: Kanton Nur für bestehende Gebäude Erdwärmesonde, Erdregister, Grundwasser Aussenluft, nur wenn Ersatz von Elektroheizung 26

27 Förderung WP-Boiler: Energie Zukunft Schweiz Nur Ersatz eines reinen Elektroboilers Installation in unbeheiztem Raum oder Nutzung Aussenluft Gerät muss auf Liste sein (FWS Zertifikat, Zusatzanford.) 27

29 Aufstellarten 29

30 Was passiert bei Kompaktgerät im Keller Temperaturen Wärmeströme Luftfeuchtigkeit Luftstrom Lärm Stromverbrauch ggü. Elektroboiler 30

31 Wärmeströme 20 C Elektrogeräte, Personen, etc. Bereitstellung Endenergie Primärenergie Umweltbelastung UBP 10 C Elektrogeräte WW-Boiler Heizkessel 31

32 Wärmeströme 4 C 20 C Elektrogeräte WW-Boiler Heizkessel 8 C 32

33 Energiebilanz Wärmeklau Heizwärme Umweltwärme Abwärme (Kessel, Geräte) Wärme Strom WW-Boiler? 33

34 Beispiel 1 34

35 Beispiel 2 35

36 Beispiel 3 36

37 Beispiel 4 37

38 Beispiel 5 38

39 Aufgabe 3 Heizwärme kwh/a (Keller innerhalb Dämmung ) BWW kwh/a Wärmepumpe, JAZ 4.0, EWS 80 kwh/m Variante A: BWW über WP mit EWS Variante B: BWW über WP-Boiler mit JAZ 3.0 Abschätzung der Tiefe der EWS für die Variante A und B? 39

40 Aufgabe 3, Lösung Heizwärme kwh/a (Keller innerhalb Dämmung ) BWW kwh/a Wärmepumpe, JAZ 4.0, EWS 80 kwh/m Variante A: BWW über WP mit EWS Variante B: BWW über WP-Boiler mit JAZ 3.0 Tiefe der EWS für die Variante A und B? A: E Strom = (12000 kwh kwh) / 4 = 3750 kwh E Kälte = (12000 kwh kwh) kwh = kwh L EWS = kwh / 80 kwh/m = 141 m B: E Strom, h = kwh / 4 = 3000 kwh, E Kälte, h = 9000 kwh E Strom, w = 3000 kwh / 3 = 1000 kwh, E Kälte, w = 2000 kwh L EWS = kwh / 80 kwh/m = 138 m 40

41 Checkliste für Einsatz von Kompaktgerät Interne Wärmequellen vorhanden Genügende Raumgrösse Genug Wärme von Umwelt Wenig Wärme von beheizten Räumen Kein Unter- oder Überdruck Ggf. Dämmung der Rohre Wie würde eine Alternative aussehen? 41

42 Splitgerät Kein Wärmebezug aus dem Gebäude, keine Temperaturabsenkungen, nur Umweltwärme Aufgrund der tieferen Quellentemperatur schlechtere JAZ und somit höherer Stromverbrauch als Kompaktgerät Trotzdem bessere Energie- und Umweltbilanz als Kompaktgerät! Wichtig ist tiefer Bivalenzpunkt von mind. -5 C 42

43 Kombination mit Holz oder Sonne 43

45 Studien Wärmepumpenboiler, Studie der Wärmeströme im Gebäude Auftraggeber: Abteilung Energie Kanton Thurgau Zertifikatsarbeit im Rahmen CAS Energieeffizienz 2014 Untersuchung von WP-Wassererwärmern in EFH Auftraggeber: Bundesamt für Energie BFE Auftragnehmer: Hochschule Luzern, ZIG, Horw 45

46 Temperaturverlauf Raumluft 8 C 3.5 C Jahresmin. 2 C Raum mit Ölkessel, Grundfläche 8m 2, schlecht gedämmt 0.56W/m 2 K, Klimastation Zürich Elektroboiler, Verbrennungsluft über Fenster WP-Boiler, Verbrennungsluft über Fenster WP-Boiler, Verbrennungsluft über Kanal 46

47 Temperaturminimum Raumluft Raum mit Ölkessel, Verbrennungsluft über Fenster, schlecht gedämmt 0.56W/m 2 K, Klimastation Zürich 47

48 Aufgabe 4 Raum mit Ölkessel, schlecht gedämmt 0.56W/m 2 K, Klimastation Zürich Wie gross ist der Wärmestrom vom beheizten OG zum Keller durch die Kellerdecke? 48

49 Aufgabe 4, Lösung Raum mit Ölkessel, schlecht gedämmt 0.56W/m 2 K, Klimastation Zürich Wie gross ist der Wärmestrom vom beheizten OG zum Keller durch die Kellerdecke? P Wärme = 0.56 W/m 2 K * 8 m 2 * (22 C - 2 C) = 89.6 W 49

50 Temperatur, Decke gut/schlecht gedämmt Raum mit Ölkessel, Verbrennungsluft über Kanal, Grundfläche 8m 2, Klimastation Zürich schlecht gedämmt 0.56W/m 2 K, gut gedämmt 0.30W/m 2 K A = Elektroboiler, B = WP-Boiler 50

51 Entscheidung 51

52 Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler Primärenergie kwh/a Mio. UBP/a CHF/a Fensterstellung, Raumgrösse m 2, innere Quellen, ggf. Heizung schlechte Dämmung gute Dämmung schlechte Dämmung gute Dämmung schlechte Dämmung gute Dämmung 1:Splitgerät 1: zu, 2x4, Heizkessel : Mix-Betrieb 1: zu, 2x4, Heizkessel : zu, 2x4, Heizkessel : Kompaktgerät, Aufstellung in unbeheiztem Raum 2: offen, 2x4, Heizkessel : zu, 10x10, Heizkessel : zu, 2x4, ohne Heizkessel : zu, 2x4, Solarthermie : beheiztem Raum : Referenzsysteme ohne Wärmepumpenboiler 1: Elektroboiler 2: Elektroboiler, Solarthermie 3: Gasheizung : Gasheizung Solarthermie

53 Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler Fensterstellung, Raumgrösse m 2, innere Quellen, ggf. Heizung schlechte Dämmung gute Dämmung schlechte Dämmung gute Dämmung schlechte Dämmung gute Dämmung 1:Splitgerät 1: zu, 2x4, Heizkessel : Mix-Betrieb 1: zu, 2x4, Heizkessel : zu, 2x4, Heizkessel : Kompaktgerät, Aufstellung in unbeheiztem Raum 2: offen, 2x4, Heizkessel : zu, 10x10, Heizkessel : zu, 2x4, ohne Heizkessel : zu, 2x4, Solarthermie : beheiztem Raum : Referenzsysteme ohne Wärmepumpenboiler 1: Elektroboiler 2: Elektroboiler, Solarthermie 3: Gasheizung : Gasheizung Solarthermie

56 Solar mit Wärmepumpenboiler oder Gasheizung Grösste Einsparung Primärenergie und UBP 7500 kwh von 9700 kwh Primärenergie eingespart Am teuersten, nicht amortisierbare Mehrkosten Solaranlage mit Elektroboiler energetisch gleichauf mit Wärmepumpenboiler Strom Gas Heizwärme Solarwärme Umweltwärme 56

57 Wärmepumpenboiler Splitgerät Gute Einsparung Primärenergie und UBP 5700 kwh von 9700 kwh Primärenergie eingespart Höhere Investitionskosten, jährliche Einsparung Fr Tiefer Bivalenzpunkt -5 C wichtig Strom Gas Heizwärme Solarwärme Umweltwärme 57

58 Anschluss an Gasheizung Primärenergie vergleichbar mit Kompaktgerät, jedoch weniger UBP 4800 kwh von 9700 kwh Tiefe Investitionskosten Nur wenn Heizung in gutem Zustand ist Strom Gas Heizwärme Solarwärme Umweltwärme 58

59 Wärmepumpenboiler Kompaktgerät Einsparung Primärenergie und UBP 5300 kwh von 9700 kwh Primärenergie eingespart Jährliche Einsparung Fr Raumgrösse, Wärmequellen, Dämmung beachten Strom Gas Heizwärme Solarwärme Umweltwärme 59

61 Unterschiede der Varianten Nur Dämmung der Kellerdecke (10m x 9m) bringt eine grössere Einsparung als Splitgerät ggü. Elektroboiler Bei Kompaktgeräten im Keller ist die Differenz bezüglich Dämmung der Decke gering Resultate der Systeme mit Kompaktgeräten liegen sehr nahe beieinander Die effektive JAZ fällt deutlich tiefer aus als der COP Anschluss an Heizung besser als Splitgerät Splitgerät besser als Kompaktgerät Alle Varianten wirtschaftlicher als Elektroboiler (ohne Solar) 61

62 Zusammenfassung Warmwasser macht einen grossen Teil des Energieverbrauchs aus COP bestimmt Effizienz des Gerätes, je grösser je besser Beste Geräte auf aufgelistet (FWS-Zertifikat, COP > 2.8) Dämmung von Leitungen und Lüftungskanälen gem. ENV beachten Neueinbau Elektroboiler nicht mehr erlaubt Mit der neuen MuKEn voraussichtlich weitere Verschärfung Förderung über mit CHF Kompaktgeräte beziehen Wärme aus dem Gebäude und der Umwelt Die räumliche Situation (Dämmung, Wärmequellen, Nebenräume) prüfen Die Raumtemperatur senkt sich deutlich ab Alternativen sind zu prüfen 62

63 Empfehlungen für den Einsatz von WP-Boiler 1. Nur als Ersatz eines Elektroboilers einsetzen 2. Nur wenn Anschluss an Heizung kein Sinn macht 3. Splitgerät ist dem Kompaktgerät vorzuziehen 4. Kompaktgerät nur wenn interne Wärmequellen vorhanden, genügend Wärme nachfliessen kann und der Raum grösser als 20 m 3 ist 5. Falls der Heizkessel mit fossilem Brennstoff betrieben wird, ist der Keller gegen beheizte Räume zu dämmen 6. Splitgerät muss mind. bis -5 C mit WP laufen 7. COP gemessen nach EN mindestens 3.0 für Kompaktgerät und 2.8 für Splitgerät 63

64 Fragen? 64

65 Vielen Dank Wenn ich das bloss vorher gewusst hätte... 65