Evaluierung von bestehenden Erdwärmesonden-Wärmepumpen

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1 Evaluierung von bestehenden Erdwärmesonden-Wärmepumpen Dr.-Ing. Martin Sawillion Herbstforum Altbau Stuttgart, 17. November 21 KEA Die Landesenergieagentur seit 1994 Mitwirkung an der Klimaschutzpolitik des Landes Baden-Württemberg durch Unterstützung von Kommunen und KMU bei Energieeinsparung derzeit 28 Mitarbeiter; Tendenz steigend Rationeller Energieverwendung Nutzung erneuerbarer Energien Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 1

2 KEA Engagierte Mitarbeiter Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 2 KEA Ein breites Portfolio Dienstleistungen für das Land (Förderprogramme, Wettbewerbe, ) Kommunales und betriebliches Energie-Management Energiekonzepte für Einzelgebäude, Neubaugebiete, Konversionsgebiete Kommunale Klimaschutzkonzepte Steuerung von Contracting-Projekten Begleitung von Bioenergie-Projekten Landesprogramm Zukunft Altbau Projekte mit Schulen Verbreitung des Niedrigstenergie-/Passivhausstandards Mobilitätskonzepte für Kommunen Landesgeschäftsstelle für den European Energy Award Unterstützung der regionalen Energieagenturen Öffentlichkeitsarbeit, Arbeitskreise Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 3

3 Erdwärmesonden-Wärmepumpen Ein komplexes Gesamtsystem Einordnung: Die Wärmepumpe als ein möglicher, regenerativ gespeister Wärmeerzeuger Das Erdreich als eine mögliche Wärmequelle Erdwärmesonden als eine mögliche Technik Aber auch komplexes Wechselspiel zwischen: Gebäude Wärmebedarf Heizsystem Wärmepumpe Erdwärmesonden Erdreich Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 4 Erhoffte Eigenschaften von Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Anlagen: technisch ausgereift versorgungssicher leicht handhabbar wartungsarm sauber und ungefährlich ökologisch vorteilhaft sparsam und wirtschaftlich (Teil-) Überprüfung der Aussagen durch die Evaluierung von Ausgangslage und Zielsetzung des Projekts 15 bestehenden Erdwärmesonden-Wärmepumpenanlagen mittels Befragungen und Vor-Ort-Besuchen der Anlagenbetreiber Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 5

4 Inhalte der Evaluierung Rückmeldungen von Betreibern bestehender Anlagen über Fragebogen (zum Teil quantifizierbare Ergebnisse und Erfahrungen) Inaugenscheinnahme der Anlagen vor Ort (technischer Aufbau, aktuelle Betriebsdaten, mögliche Fehlerquellen) Gespräche mit den Betreibern (qualitative Ergebnisse und Erfahrungen; ungeschminkt / im O-Ton) Ableitung von Empfehlungen für Verbesserungsmöglichkeiten (als Grundlage für weitere Diskussionen) Rücklauf: 145 von 15 Anlagen (97 %, 137 mit Vor-Ort-Besuch), davon 125 kleine Anlagen (EFH, ZFH, RH, KiGa) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 6 Die typische Klein-Anlage Gebäude und Heizflächen Wohnfläche 2 m 2 (Bandbreite 1 m 2 bis 38 m 2 ) Baujahr (19 ) (d. h. Schwerpunkt ca. 15 Jahre alt) Ø 4 Personen im Gebäude (1 bis 9) 2 % der Gebäude mit verbessertem Wärmeschutz (Ø vor 1 Jahren) Heizsystem (Mehrfachnennungen): 8 % Fußboden / 4 % Heizkörper / 6 % Decken-/Wandheizungen Ø Auslegungstemperaturen Heizsystem VL / RL = 38 C / 31 C Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 7

5 Gebäude nach Baujahren Anzahl errichtete Gebäude vor Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 8 Welche Energieträger werden verdrängt? Anzahl der Nennungen in % (bei Mehrfachnennungen) Heizöl Erdgas Biomasse / Holz Strom direkt Flüssiggas Fern- / Nahwärme Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 9

6 Die typische Klein-Anlage EWS und WP-Anlage Ø 2,2 (1 bis 5) Doppel-U-Rohr-Sonden mit Ø 88 m (3 m bis 2 m) Sondenlänge Ø Inbetriebnahme Wärmepumpe Anfang 24 (1997 bis 27) Heizleistung Wärmepumpe Ø 12,5 kw (1 kw bis 3 kw) > 5 % der Anlagen mit Elektro-Heizstab (Ø 6,7 kw Heizleistung) 85 % der Anlagen mit Pufferspeicher (Ø 56 Liter Volumen) 9 % der Anlagen mit Warmwasser-Erwärmung über Wärmepumpe 12 % der Gebäude auch über WP klimatisiert / gekühlt 96 % der Anlagen mit Sondervertrag für Strombezug Jahresstromverbrauch Ø 7. kwh (aus 121 Angaben) 9 % der Anlagen mit Wärmezähler (Unterlagen selten auswertbar) 22 % der Gebäude mit zusätzlicher solarthermischer Anlage (Ø 1 m 2 Kollektorfläche) aus Ø 22 Überwiegend Anlagen mit Wasser-Glykol-Gemisch (3 % bis 4 %) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 1 Wärmepumpenheizleistung über Wohnfläche 35 3 Wärmepumpenheizleistung in kw Wohnfläche in m2 reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 11

7 Wärmepumpenheizleistung über gesamter Sondenlänge 35 3 Wärmepumpenheizleistung in kw Gesamte Sondenlänge in m reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerfüssigkeiten Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 12 Warum eine Wärmepumpe? 1 Anzahl der Nennungen in % (bei Mehrfachnennungen) Umweltvorteile Wirtschaftlichkeit Versorgungssicherheit Handhabbarkeit Unabhängigkeit / Autonomie berufliches / technisches Interesse Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 13

8 Warum EWS? (auch gegenüber Kollektoren) 5 Anzahl der Nennungen in % (Mehrfachnennungen) Systemvorteile hoher Wirkungsgrad gute Wirtschaftlichkeit Umweltvorteile Empfehlung Dritter Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 14 Woher kommen Informationen? 5 Anzahl der Nennungen in % (Mehrfachnennungen) Hersteller Internet Messen Presse Behörden Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 15

9 Wer ist Vertragspartner? 8 Anzahl der Nennungen in % (Mehrfachnennungen) Installateur Bohrunternehmen Architekt / Fachplaner / Bauträger Geologe WP-Hersteller Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 16 Wer legt die Sonden aus? 5 Anzahl der Nennungen in % (Mehrfachnennungen) Bohrunternehmen Installateur Architekt / Fachplaner / Bauträger Geologe WP-Hersteller Anlagenbetreiber Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 17

10 Wer überwacht das Bohrunternehmen (61 %)? 6 Anzahl der Nennungen in % (Mehrfachnennungen) Anlagenbetreiber Installateur Architekt / Fachplaner / Bauträger Geologe Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 18 Zufriedenheit mit der Anlage Planung und Genehmigung: 1,9 (1 bis 5) Installation und Inbetriebnahme: 1,8 (1 bis 5) Betrieb: 1,3 (1 bis 5) Handhabbarkeit: 1,5 (1 bis 4) Wirtschaftlichkeit: 1,4 (1 bis 5) Notenskala: von 1 (sehr zufrieden) bis 5 (absolut unzufrieden) Und: Fast alle Betreiber würden es wieder tun! Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 19

11 Zufriedenheit mit den Akteuren und ihrer Kompetenz Planer: 2, (1 bis 5) Genehmigungsbehörde: 2, (1 bis 5) Bohrunternehmen: 2, (1 bis 5) Heizungsbauer: 1,9 (1 bis 5) Elektro-Installateur: 1,7 (1 bis 5) WP-Hersteller: 1,7 (1 bis 4) Generalunternehmer (bei 29 % vorhanden): 1,9 (1 bis 5) Notenskala: von 1 (sehr zufrieden) bis 5 (absolut unzufrieden) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 2 Risiken und Probleme Anlagenauslegung und -effizienz Probleme bei Planung (12 %), Genehmigung (17 %), Errichtung (23 %), Inbetriebnahme (19 %) und Betrieb (3 %); davon sind 8 % gelöst Bei ca. 6 Anlagen Unterdimensionierung von EWS und/oder WP Gefundene Jahresarbeitszahlen (drei Anlagen): 3,1 / 3,3 / 2,7 Wartungsvertrag abgeschlossen: 2 % Motivation Wirtschaftlichkeit = 84 % tatsächlich aber: Stromverbrauch erfasst = 98 % Wirtschaftlichkeit (angeblich) verfolgt = 56 % Wärmezähler eingebaut = 9 % ex-post-wirtschaftlichkeitskontrolle % Note für Zufriedenheit mit Wirtschaftlichkeit = 1,4 Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 21

12 Jahresstromverbrauch über Wärmepumpenheizleistung Stromverbrauch in kwh/a Wärmepumpenheizleistung in kw reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 22 Jahresstromverbrauch über Wohnfläche Stromverbrauch in kwh/a Wohnfläche in m2 reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 23

13 Ansatzpunkte für Verbesserungen Grundwasserschutz Vorbemerkung: Hier erfasste Anlagen sind von der Systematik der Auswahl her tendenziell unkritisch! unabhängige Überwachung von Bohrung, Sondeneinbau und Hinterfüllung! Erfassung und Anzeige von Druck und Temperaturen im Solekreislauf? Meldepflicht für Nachfüllen von Wärmeträgerflüssigkeit (> 1 x) Versicherung gegen technisch-geologische Risiken unabhängige regelmäßige Überprüfung der gesamten Anlage ( Anlagen-TÜV ) klare Verantwortlichkeit für EWS-Auslegung (Dimensionierung, Wärmeentzug/Vereisung) (zentrale) Bereitstellung von neutralen Informationen durch Untere Wasserbehörden / Land (u. a. zu Risiken) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 24 Ansatzpunkte für Verbesserungen Untere Wasserbehörden / Land Vorbemerkung: Untere Wasserbehörden sind zeitlich stark ausgelastet; nicht für umfassende Info und Beratung der Interessenten zuständig aktiver Hinweis auf Möglichkeit einer Voranfrage Minimierung der Bearbeitungsdauer und aktive Kommunikation bei Genehmigung von Anlagen in Wasserschutzgebieten Verbesserung von Umfang und Verständlichkeit der wasserrechtlichen Genehmigung; Minimierung von Auflagen? Anwesenheit bei Bohrung, Sondeneinbau, Hinterfüllung (zentrale) Bereitstellung von neutralen Informationen Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 25

14 Ansatzpunkte für Verbesserungen Bohrunternehmen Vorbemerkung: Spezielle Überwachung und Kontrolle der Bohrunternehmen wegen hoher (auch finanzieller) Risiken ratsam! unabhängige Überwachung des Bohrunternehmens (z. B. durch Untere Wasserbehörde, Sachverständigen, Geologen)! offene Benennung der Risiken in Gesprächen und Unterlagen neutrale Musterausschreibung, neutraler Mustervertrag Abpufferung / Gestaltung der Wartezeit bis Bohrbeginn Minimierung der Schmutzentwicklung beim Bohren und beim Abtransport des Bohrguts Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 26 Ansatzpunkte für Verbesserungen Anlagenauslegung und -effizienz Vorbemerkung: Wärmepumpen weisen gegenüber konkurrierenden Wärmeerzeugungssystemen keine speziellen Probleme auf, beinhalten jedoch die Gefahr einer inakzeptablen Jahresarbeitszahl! Gewährleistung für EWS-Auslegung und Anlageneffizienz: Vertrag mit einem Partner mit langjähriger Erfahrung gute Referenzen des Partners und der Unterauftragnehmer frühzeitige Abstimmung der Beteiligten untereinander bei Bauträgern: Heizung gesondert beauftragen? Heizsystemtemperaturen minimieren (Wärmeschutz, Umbauten, Einstellungen) Notwendigkeit Pufferspeicher hinterfragen Minimierung Glykolanteil in Wärmeträgerflüssigkeit Benutzerfreundlichere Bedienung WP-Anlage regelmäßige Kontrolle Stromverbrauch (mindestens monatlich) Einbau und regelmäßige Ablesung Wärmezähler Angebot Fernüberwachung durch Anbieter Bereitstellung neutraler Informationen (v. a. Anlageneffizienz, Stromverbrauch/Jahresarbeitszahl) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 27

15 Sinnvolle Anwendungsgebiete für Wärmepumpenheizanlagen vor allem für kleine Gebäude (EFH, 2FH, Kindergärten) und für zu klimatisierende Gebäude (Büros/Verwaltung, Museen, )... in Verbindung mit Niedertemperaturheizsystemen (Fußbodenheizung, Deckenheizung, Wandheizung) d. h. vor allem in Neubauten vor allem bei Wärmequelle Erdreich oder Grundwasser vor allem bei Verdrängung von Heizöl bei einem günstigen Strombezugspreis an emissionssensiblen Standorten (Kurorte, Innenstädte) Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 28 Die Gründung einer regionalen Energieagentur wird vom Land mit 1. gefördert. Die KEA setzt sich für die regionalen Agenturen ein, gibt Hilfestellungen, sorgt für einen regelmäßigen Erfahrungsaustausch und Abstimmungen, arbeitet auf mögliche Synergieeffekte hin und informiert über die Aktivitäten des Landes. Regionale Energieagenturen Flächendeckendes Netz in BW Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 29

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. KEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH Kaiserstr. 94 a, Karlsruhe Tel. (7 21) Fax (7 21) martin.sawillion@kea-bw.de Internet: Evaluierung von bestehenden EWS-Wärmepumpen 3