Wärmepumpe-Effizienz Erfahrungen aus mehrjährigen Feldtest

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1 Wärmepumpe-Effizienz Erfahrungen aus mehrjährigen Feldtest Marek Miara Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Eneregietouren 2011 Innovationen begreifbar Freiburg, 13. Oktober 2011

2 Das Team Wärmepumpen Monitoring-Projekte Wärmepumpen Teststand Material und Komponentenentwicklung Kombination WP & Solar Wärmepumpen im Smart Grid Annexe und Tasks der IEA Mitarbeit in Richtlinienausschüssen VDI 4650 I/II, VDI 4645 Standort Solarhaus Freiburg

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4 Einordnung der Wärmepumpe Marktanteile im Neubau Quelle: Statistisches Bundesamt, Wiesbaden; Copyright by Max Weishaupt GmbH

5 Einordnung der Wärmepumpe Absatzzahlen Quelle: Bundesverband Wärmepumpe

6 Wärmepumpen-Prinzip ¼ elektrische Energie ¾ aufgenommene Energie

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

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

9 Effizienz der Wärmepumpe Haupteinfluss Temperaturhub 4,4 Fußbodenheizung Radiatoren 2.8

10 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ aufgewendete elektrische Leistung Wärmeleistung aus der Umwelt abgegebene Heizleistung

11 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ 1 kw 3 kw abgegebene 4 kw Heizleistung Leistungszahl (COP) = abgegebene Heizleistung aufgewendete elektrische Leistung = 4 kw 1 kw = 4

12 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ aufgewendete elektrische Energie Wärme aus der Umwelt abgegebene Heizwärme

13 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ 1000 kwh 3000 kwh abgegebene Heizleistung 4000 kwh Jahresarbeitszahl (JAZ) = abgegebene Wärme über ein Jahr aufgewendete elektrische Energie über ein Jahr = 4000 kwh 1000 kwh = 4

14 Leistungszahl COP vs. Jahresarbeitszahl JAZ Leistungszahl (COP) Teststandmessung bei definierten Betriebsbedingungen (z.b. B0/W35) Jahresarbeitszahl (JAZ) Messung im realen Betrieb über ein Jahr

15 Monitoringprojekte Anzahl der Anlagen Partnern Laufzeit WP Effizienz ca. 100 Förderung BMWi, 7 WP Hersteller, 2 Energieversorg bis WP im Bestand ca. 80 E.ON Energie AG bis ca WP Hersteller EnBW bis Wie effizient sind die Wärmepumpen in Neubauten und Bestandsgebäuden? Identifikation von Optimierungsmöglichkeiten bei Installation und Regelung

16 Wärmequellen WP Effizienz (Neubau) WP im Bestand

17 Wärmeverteilungssysteme WP Effizienz (Neubau) WP im Bestand

18 Wärmeverteilungssysteme (Pufferspeicher) Neubau

19 Systemgrenze für die Berechnung der Arbeitszahlen

20 Systemgrenze für die Berechnung der Arbeitszahlen Arbeitszahl =

21 Arbeitszahlen Sole/Wasser Wärmepumpen

22 Arbeitszahlen Sole/Wasser Wärmepumpen JAZ (Juli 2009 bis Juni 2010) 300 m Sonde mit Wasser gefüllt

23 Arbeitszahlen Luft/Wasser Wärmepumpen Neubau

24 Arbeitszahlen 2010 Luft/Wasser-Wärmepumpen Neubau Anlagen von einem Hersteller

25 Energie Anteile Neubau

26 Arbeitszahlen Überblick Sole/Wasser-Wärmepumpen Anzahl der Anlagen: 56 Arbeitszahl = 3,9 Neubau 29 3,3 Bestand Luft/Wasser-Wärmepumpen ,6 2,9 Neubau Bestand Wasser/Wasser-Wärmepumpen 3 3,7 Neubau

27 Arbeitszahlen Überblick, Bandbreiten

28 Effizienz und Ökologie Treibhausgasemissionen [gco 2eq /kwh NE ] AZ-Mittelwerte Erdreich-Wärmepumpen Neubau (3,9) Altbau (3,3) Luft-Wärmepumpen % -54% -30% -45% Neubau (2,9) Altbau (2,6) Konventionelle Technik Gas-Brennwert % -38% -11% -31% Öl-Brennwert 323 Elektroenergie (Niederspannungsnetz) 583 Quelle: 2010er Datensätze aus GEMIS 4.7

29 Effizienz und Ökologie Primärenergieaufwand [kwh PE /kwh NE ] AZ-Mittelwerte Erdreich-Wärmepumpen Neubau (3,9) Altbau (3,3) Luft-Wärmepumpen Neubau (2,9) Altbau (2,6) Konventionelle Technik Gas-Brennwert 0,67 0,79 0,90 1,00-42% -44% -38% -41% -30% -32% -13% -17% 1,15 Öl-Brennwert 1,20 Elektroenergie (Niederspannungsnetz) 2,35 Quelle: 2010er Datensätze aus GEMIS 4.7

30 Erste Ergebnisse WP Monitor Luft/Wasser-Wärmepumpen 3,3 3,1 Arbeitszahlen AZ 2,9 2,7 2,5 2,3 WP Effizienz WP Monitor 2, Anfang der Messung

31 Effizienz vs. Effektivität Input/Output Relation vs. Maß der Zielerreichung Franz Josef Radermacher Globalisierung gestalten Effizienz Input/Output Relation Effektivität Maß der Zielerreichung

32 Effizienz vs. Effektivität Input/Output Relation vs. Maß der Zielerreichung Beispiel 1 - Erdreich Wärmepumpenanlage mit JAZ > 4 - Die Heizenergie wird nur bei realen Bedarf erzeugt - Das Haus benötigt relativ wenig Heizenergie Effizienz Effektivität

33 Effizienz vs. Effektivität Input/Output Relation vs. Maß der Zielerreichung Beispiel 2 - Erdreich Wärmepumpenanlage mit JAZ > 4 - Die Heizenergie wird auch ohne Bedarf erzeugt - Das Haus benötigt relativ viel Heizenergie Effizienz Effektivität

34 Effizienz vs. Effektivität Input/Output Relation vs. Maß der Zielerreichung Beispiel 3 - Luft Wärmepumpe im Passivhaus (hoher Anteil der Warmwasserbereitung) mit JAZ von 3 - Die Heizenergie wird nur bei realen Bedarf erzeugt - Das Haus benötigt sehr wenig Heizenergie Effizienz Effektivität

35 Fazit Effizienz ist gut, Effektivität ist besser Arbeitszahlen sind wichtig aber nicht immer entscheidend

36 Förderung für effiziente Wärmepumpenanlagen Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle BAFA ( Kreditanstalt für Wiederaufbau KfW ( Regionale Förderprogramme

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39 Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen

40 Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss bei Installation und Betrieb

41 Fazit Wärmepumpen erreichen überwiegend Effizienzen, die ihnen Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen verschaffen Die große Bandbreite an Arbeitszahlen ähnlicher Wärmepumpenanlagen zeigt den Einfluss bei Installation und Betrieb Die beste Effizienz erreichten einfache und robuste Anlagen, mit sorgfältiger Planung und Installation sowie gut abgestimmten Komponenten

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44 Vielen Dank Kontakt: