Wie man die Jahresarbeitszahl erhöht

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1 Wärumpen-Förderung Wie man die ahresarbeitszahl erhöht Gestaltungsmöglichkeiten existieren nicht nur bei der Einkommenssteuererklärung, sondern auch bei staatlicher Förderung. Mit dem entsprechenden Know-how kann man dem Marktanreizprogramm für die utzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt den einen oder anderen Förder-Euro mehr für die Installation einer Wärumpe entnehmen. Im Einklang mit den Förderkriterien und damit ganz legal. Die rechnerische ahresarbeitszahl einer Wärumpe ist nach VDI 460 durch die geschickte Wahl der Parameter und Randbedingungen beeinflussbar wenn man sich mit den Feinheiten der VDI-Richtlinie auskennt oder sich von einer Software mit Optimierungsfunktion lotsen lässt. Um den Anteil erneuerbarer Energien bei der Raumheizung und Trinkwassererwärmung zu erhöhen, unterstützt der Staat unter anderem die Installation von effizienten Wärum pen mit nicht zurückzahlbaren Investitionszu schüssen. Die rechtliche Grundlage ergibt sich aus dem Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (EEWärmeG1)), die Konkretisie rung erfolgt über das sogenannte Marktanreizpro gramm (MAP)) zur utzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt. Gemäß diesen Richtlinien werden Wärme pumpen über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert, wenn sie gute ahresarbeitszahlen erreichen. Die ahresarbeits zahl ist, außer bei Spezialanwendungen, mit dem Formalismus der VDI-Richtlinie 4603) rech nerisch nachzuweisen. Die für die Förderfähigkeit einer Investition nachzuweisenden ahresarbeits zahlen für verschiedene Wärmequellen und Haustypen zeigt der Info-Kasten MAP-Wärme pumpen-förderung. Von anuar 008 bis September 009 sind beim BAFA mehr als Anträge zur Förderung einer Wärumpe eingereicht worden. Es könnten mehr sein. Denn kaum bekannt ist, dass es bei der Berechnung der ahresarbeitszahl er hebliche Spielräume gibt. Beispielsweise durch 6 TGA Fachplaner eine günstigere Prognose der benötigten Heizwas sertemperatur oder die Quellentemperatur. Die für den achweis der ahresarbeitszahl gemäß VDI 460 benötigten Eingabewerte zeigt der VDI-460-Rechner4) (Bild 1). Teilweise sind sie nicht frei wählbar. Die Heizgrenztemperatur z. B. richtet sich nach dem Haustyp und beträgt im Altbau C. Prinzipiell können zwar auch geringere Heizgrenztemperaturen nachgewiesen werden, aber das ist förderstrategisch nicht sinnvoll, weil sich damit die ahresarbeitszahl verschlechtert. Durch geschickte Wahl der Randbedingungen ergeben sich sogar in dem scheinbar so einfach zu bedienenden Formalismus sehr verschiedene Ergebnisse. Einige Varianten werden an den folgenden Beispielen dargestellt. Ziel dieser Dar legungen ist es nicht, die Sinnfälligkeit des Ergeb nisses nach VDI 460 zu erörtern, sondern die Vorschrift im Rahmen des zulässigen Spielraums anzuwenden. Beispiel 1 Altbau lich angenommen, dass diese Konfiguration nicht förderfähig sei (Tabelle 1, Spalte 1). Es mag beim Erstellen der Fördervorschrift bezweckt worden sein, ist aber tatsächlich nicht ausgeschlossen worden. In Abschnitt. der Förderrichtlinie steht eindeutig: In Bestandsbauten ist eine Heizungs vorlauftemperatur von C und eine Heizgrenz temperatur von C anzusetzen, sofern nicht geringere Werte nachgewiesen werden. Danach darf die Berechnung also auch im be trachteten Fall mit C ausgeführt werden. Die Sole/Wasser-Wärumpe im betrachteten Bei spiel (Tabelle 1, Spalte ) ist darum mit einer ah resarbeitszahl nach VDI 460 von 3, förderfähig. Rechenwert und Realität liegen allerdings weit auseinander: Der Bauherr sollte sich keinen Illu sionen hingeben die mit WP-OPT simulierte ah resarbeitszahl beträgt unter Berücksichtigung aller relevanten Parameter nur,3. Trotzdem handelt es sich bei der ahresarbeitszahl (AZ) von 3, um eine förderfähige Lösung, die der Staat mit bis zu 3000 Euro Basisförderung bezuschusst. Beispiel Altbau Zunächst soll ein Altbau mit einer Wärme pumpe ausgerüstet werden. Die Heizkurve ist mo mentan auf 0 C Vorlauftemperatur bei C Außentemperatur eingestellt. Häufig wird irrtüm Und was kann man tun, wenn der Kunde in demselben Altbau auf eine preiswerte Luft/ Wasser-Wärumpe besteht, die aber knapp

2 Beispiel 3 Altbau die Zielstellung verfehlt? Im Beispiel (Tabelle 1, Spalte 3) liegt die ahresarbeitszahl nach VDI 460 (AZ460) mit 3, knapp unter den Förderbedin gungen (AZ mindestens 3,3). Den Hinweis zur Optimierung findet man in der einzeln ausgewiesenen ahresarbeitszahl für Raumheizung und Trinkwassererwärmung. Da die Berechnungsergebnisse hier eine höhere ahres arbeitszahl für Trinkwarmwasser als für die Hei zung ausweisen, bietet sich die Unterstellung eines überdurchschnittlichen Reinlichkeitsbedürfnisses der utzer an, um die geforderte ahresarbeitszahl zu erreichen. Die Annahme, % (statt zuvor %) der erzeugten Wärme werden für die Trink wassererwärmung genutzt, stellt mit einer AZ460 von 3,30 die Förderfähigkeit her (Tabelle 1, Spalte 4). VDI-460-Rechner zur Bestimmung der ahresarbeitszahl von WPsoft mit Parametrierung für Beispiel (ohne Optimierung der ahresarbeitszahl). Angenommen, der hohe Trinkwarmwasseran teil ist bei nur einem utzer schwer zu begründen, muss in eine andere Trickkiste gegriffen werden. Dazu kann die in diesem Beispiel zu geringe ah resarbeitszahl für die Raumheizung über die orm-außentemperatur verbessert werden. Die orm-außentemperatur ist nämlich nicht nur eine vom Standort abhängige Größe, sondern hängt nach der DI 831 Beiblatt 1 zusätzlich von der Gebäudezeitkonstanten ab. Entsprechend Tabelle des Beiblatts darf die Außentemperatur um bis zu 4 K korrigiert werden. Damit wird die Speicher masse schwerer Gebäude berücksichtigt. Mit der zulässigen Korrektur der orm-außen temperatur kann wieder Förderfähigkeit hergestellt werden. Die Abminderung der orm-außen temperatur von 14 C auf C hebt für die Raumheizung die ahresarbeitszahl von 3,1 auf 3,4 und damit die AZ460 auf förderfähige 3,30 (Tabelle 1, Spalte 6). Beispiel 4 Altbau Gesetzt den Fall, die Wärumpe kann gar nicht monovalent betrieben werden, sondern be nötigt einen weiteren Energieerzeuger, ergeben sich bei der Bestimmung des Anteils des zweiten Energieerzeugers nach Tabelle 8 der VDI 460 (einen Ausschnitt zeigt Tabelle ) verblüffende Interpretationsstrategien. Denn man kann ent weder den Bivalenzpunkt bestimmen und den Deckungsanteil in der Tabelle ablesen oder vom Leistungsanteil der Wärumpe bei ormaußentemperatur ausgehen. DI V 401-6) ent hält eine ähnliche Tabelle. Dort muss jedoch immer der ungünstigste Fall verwendet werden. In VDI fehlt diese Klausel. Bei einer Heizlast des Gebäudes von 14 kw und einer Leistung der Wärumpe bei orm- Außentemperatur von 11 kw entspricht die Wär umpe mit über 8 % Leistungsanteil also der Anforderung nach Tabelle 8 und kann den Wärme bedarf damit nach VDI 460 zu 0 % decken. Darauf kann man wirklich nur kommen, wenn man die einschlägigen Vorschriften sehr genau studiert. Möglich sind bei der Berechnung also zwei ahresarbeitszahlen: Bei dem berechneten Bivalenzpunkt von C (hierbei wurden ein Trinkwarmwasserbedarf von 00 l/tag und Sperrzeiten berücksichtigt) wäre die Anlage mit einer ahresarbeitszahl von,96 nicht mehr förderfähig. Wählt man als Ausgangspunkt jedoch den Leistungsanteil, muss kein Heizstab berücksichtigt werden und die ahresarbeitszahl beträgt wie oben 3,3 (Tabelle 1, Spalte 8). Anzeige TGA Fachplaner

3 Tabelle 1 Sieben Beispiele zur rechnerischen Optimierung der ahresarbeitszahl Beispiel 1 1 Beispiel 3 4 Beispiel 3 Beispiel Beispiel 9 Beispiel 6 Beispiel Projektdaten Anteil der Raumheizung am Wärmebedarf in % Anteil der Trinkwassererwärmung am Wärmebedarf in % Korrekturfaktor für Wärmequellenpumpe 1,0 1,0 Wärumpe und Betriebsweise Bauart*) SW SW ennleistung in kw 6,0,0,0 13,6,1,1,3 Betriebsweise**) Leistungszahl ( /3) Leistungszahl (0/3),4 bvtp bvp bvtp,4 4,6 4,6 Leistungszahl (/3) 3,3 3,3 Leistungszahl (/3) 3,86 3,86 Temperaturdifferenz am Verflüssiger bei der Prüfstandsmessung in K Temperaturdifferenz am Verflüssiger beim Betrieb im Auslegungspunkt in K Temperaturen Quellentemperatur in C Vorlauftemperatur in C 0 Heizgrenztemperatur in C orm-außentemperatur in C Bivalenzpunkt in C 0 4***) 43***) 4 ahresarbeitszahl nach VDI 460 Raumheizung Trinkwassererwärmung ****) Gesamt 3,80 3,1 3,1 3,4 3,4 3,8 3,9 3,0 3,0 Sole/Wasser: SW; Luft/Wasser: : monovalent; : monoenergetisch (parallel); bvtp: bivalent (teilparallel); bvp: bivalent (parallel); ***) Bei orm-außentemperatur beträgt die Vorlauftemperatur C (Spalte ) bzw. 6 C (Spalte 14), *) **) bei der Berechnung nach VDI 460 darf jedoch bei teilparallelem Betrieb die Vorlauftemperatur im Bivalenzpunkt berücksichtigt werden. ach VDI 460 können ahresarbeitszahlen nur bis maximal C Vorlauftemperatur bestimmt werden. ****) TGA Fachplaner ,31 3,89 3, 3, 3,30 3, 3,30,96 3,30 3,8 3,6 3, 3, 3,89 Basis-förderfähig nach MAP 8 3, 3,3 3,89 4,19

4 Anzeige MAP-Wärumpen-Förderung Zum Erlangen der Förderfähigkeit ist bei elektrisch angetriebenen Wärumpen eine ahres arbeitszahl von mindestens 4,0 bei Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärumpen im eubau bzw. mindestens 3, im Gebäudebestand, bei Luft/Wasser-Wärumpen von mindestens 3, im eubau bzw. 3,3 im Gebäudebestand nach VDI 460 nachzuweisen. Im Gebäudebestand (Heizungsmodernisierung) wird die Installation einer Luft/Wasser-Wärumpe in Wohngebäuden mit Euro/m beheizter Wohnfläche und in ichtwohngebäuden mit Euro/m beheizter utzfläche gefördert. Die Förderung beträgt bei Wohngebäuden höchstens 00 Euro je Wohneinheit. Die Förderung ist bei Gebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei ichtwohn gebäuden auf % der nachgewiesenen ettoinvestitionskosten begrenzt. Diese Basisförderung beträgt für alle anderen Wärumpen (Wärmequellen) in Wohngebäuden 0 Euro/m Wohnfläche, in ichtwohngebäuden 0 Euro/m beheizter utzfläche. Die Förderung beträgt bei Wohngebäuden höchstens 3000 Euro je Wohneinheit. Bei Wohngebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei ichtwohngebäuden ist die Förderung auf % der nachgewiesenen ettoinvestitionskosten für die Wärumpenanlage begrenzt. In neu errichteten Wohngebäuden, für die ein Bauantrag vor dem 1. anuar 009 gestellt bzw. Bauanzeige erstattet wurde, beträgt die Förderung für Luft/Wasserwärumpen Euro/m, jedoch höchstens 80 Euro je Wohneinheit und bei Wohngebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei ichtwohngebäuden maximal % der nachgewiesenen ettoinvestitionskosten. Diese Basisförderung beträgt für alle anderen Wärumpen Euro/m, jedoch höchstens 000 Euro je Wohneinheit und bei Wohngebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei ichtwohngebäuden maximal % der nachgewiesenen ettoinvestitionskosten. Die Basisförderung bei Anlagen in neu errichteten Gebäuden, für die ein Bauantrag nach dem 31. Dezember 008 gestellt bzw. Bauanzeige errichtet wurde, liegt % darunter, um den gleichen Prozentsatz sind auch die Fördergrenzen reduziert. eben der Basisförderung können unter bestimmten Bedingungen weitere Förderbausteine beantragt werden. Beispiel eubau Beispiel 6 eubau Angenommen, der eubau wird statt mit einer Fußbodenheizung über Heizkörper mit einer 0/40- C-Auslegung beheizt. Dann erreicht die Wärumpe nur noch 64 % der Heizlast und da un soll ein eubau untersucht werden. Für die Wärmeerzeugung ist eine Luft/Wasser-Wärme pumpe geplant. Folgende Randbedingungen liegen der Berechnung zugrunde: Heizlast 6 kw, ennlei stung der Wärumpe,1 kw, bei orm-außen temperatur wird eine thermische Leistung von 4, kw erreicht. Bei korrekter Ermittlung des Biva lenzpunkts inklusive Trinkwassererwärmung und Sperrzeiten wäre die gewählte Wärumpe mit einer ahresarbeitszahl von 3,8 nicht förderfähig (Tabelle 1, Spalte 9). Erforderlich ist ein Wert von mindestens 3,. Bei einer Berechnung der ahresarbeitszahl über den Leistungsanteil erbringt die Wärme pumpe aber 8 % der geforderten Leistung und damit nach Tabelle 8 VDI 460 einen Deckungsan teil von 0 %. Das verbessert die AZ460 auf 3,6 und damit bis zur Förderfähigkeit (Tabelle 1, Spalte ). Hinweise zum möglichen Gestaltungsspielraum bei der Anwendung der VDI 460 im Optimierungsmodus des VDI-460-Rechners in WP-OPT. TGA Fachplaner

5 BeiTabelle spiel Deckungsanteil des Grundlast-Wärmeerzeugers*) Für den Bivalenzpunkt C Leistungsanteil der Wärumpe bei orm-außentemperatur 0, Deckungsanteil bei parallelem Betrieb 1,00 Deckungsanteil bei teilparallelem oder alternativem Betrieb 0,96 gemäß VDI 460, Tabelle 8 *) Wärumpensoftware WP-OPT: Eine realitätsnahe Prognose der ahresarbeitszahl ist nur über eine Simulationsrechnung möglich. Der VDI-460-Formalismus ergibt für Beispiel 1 (mit Optimierung) eine förderfähige ahresarbeitszahl von 3,, die Simulation allerdings nur von,3. mit nur noch 99 % der Deckung. Daraus resultiert eine ahresarbeitszahl von 3,, die Wärumpe ist also (so noch) nicht förderfähig. Man könnte deshalb an Tagen unterhalb von 1 C zusätzlich statt eines Heizstabes einen Holzofen nutzen. Hierbei ist es interessant, statt paralleler Betriebsweise teilparallele zu wählen. Damit wird nämlich laut VDI 460 die Vorlauftem peratur aus dem Bivalenzpunkt zugrunde gelegt und nicht die höhere Vorlauftemperatur bei ormaußentemperatur. Mit diesem Kniff wäre die För derfähigkeit mit einer AZ460 von 3, hergestellt (Tabelle 1, Spalte ). Parallel und teilparallel Paralleler Betrieb: Bis zu einer bestimmten Außentemperatur erzeugt allein die Wärme pumpe die notwendige Wärme. Bei niedrigeren Temperaturen schaltet sich der Wärmeerzeu ger zu. Beide Wärmeerzeuger arbeiten parallel. Im Gegensatz zum alternativen Betrieb ist der Anteil der Wärumpe größer. Diese Betriebsweise ist für alle Heizsysteme bis zur maximalen Vorlauftemperatur der Wärme pumpe geeignet. Teilparalleler Betrieb: Bis zu einer be stimmten Außentemperatur erzeugt allein die Wärumpe die notwendige Wärme. Sinkt die Temperatur unter diesen Wert, schaltet sich der zweite Wärmeerzeuger dazu. Reicht die Vorlauftemperatur der Wärumpe nicht mehr aus, wird die Wärumpe abgeschaltet. Der zweite Wärmeerzeuger übernimmt die volle Heizlast. 30 TGA Fachplaner Gerade im Altbaubereich ist es dabei interes sant, statt bivalent-paralleler Betriebsweise teil parallele zu verwenden, weil dann mit niedrigeren Heizwassertemperaturen gerechnet werden darf. Eine Sole/Wasser-Wärumpe, die Vorlauftem peraturen von C schafft, liefert so bei paralle ler Betriebsweise und C Vorlauftemperatur eine AZ460 von 3,89. Bei teilparalleler Betriebs weise und 6 C steigt diese AZ460 auf 4,19 (Ta belle 1, Spalte 14). Anwender der VDI 460 dürfen das ruhig als paradox bezeichnen: Das Anheben der Vorlauftem peratur führt nach der Richtlinie zur teilparallelen Betriebsweise und damit zu einer besseren rech nerischen ahresarbeitszahl. Dieser Trick gleicht bei monoenergetischen Anlagen allerdings einem Eigentor: Hier wird teilparallele Betriebsweise be straft: Egal wie groß der Anteil der Wärumpe ist, den sie oberhalb des Bivalenzpunkts erbringt: Der Heizerfolg wird komplett dem Heizstab zuge schrieben. Es wird genauso wie bei alternativem Betrieb gerechnet. Parallele Betriebsweise erbringt daher eine AZ460 von 3,0, teilparallel beträgt sie nur 1,9 auch, wenn die Wärumpe fast den gleichen Anteil wie im parallelen Betrieb erbringt und erst beim letzten Grad Vorlauftemperatur aus steigt. Achtung: Bivalente und monoenergetische Betriebsweise werden in einigen Berechnungstools vermengt. Die Ergebnisse stimmen nicht überein, weil der Einsatz von Heizstäben dem Energiever brauch zugeschlagen wird, der Anteil anderer En ergieträger aber nicht. Weitere rechnerische Schlupflöcher bestehen bei der Verwendung von separaten Kellerluft/Was ser-wärumpen. Hier werden auch Geräte mit einer ahresarbeitszahl von über 4,0 beworben. Fazit Die Berechnung der ahresarbeitszahl nach VDI 460 kann bei gleichen Randbedingungen auch richtlinienkonform deutlich verschiedene Er gebnisse liefern. Allerdings sollte man nicht aus den Augen verlieren, dass trotz aller rechen technischen Tricks am Ende die wirklichen Heiz kosten zählen. Förderfähige und realistische Er gebnisse können weit auseinander liegen. Am Markt haben aber technische Werte und Förder fähigkeit eine hohe Bedeutung. Für die Betrach tung dieser Möglichkeiten ist die Wärumpen software WP-OPT ( mit einer Optimatorfunktion ausgestattet. So können Gestal tungsmöglichkeiten erkannt und genutzt werden sowie Wettbewerbsangebote mit dem eigenen vergleichbar gemacht werden. Zum VDI-Formalis mus und weiteren Wärumpenthemen bietet WPsoft als Entwickler und Anbieter von WP-OPT auch Schulungen an. Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG) vom. August 008 (BGBl. I S. 168), geändert (formal) durch Artikel 3 des Gesetzes zur Änderung der Förderung von Biokraftstoffen vom. uli 009 (BGBl. I S. 04). Download auf ) Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen zur utzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt. Download auf 3) VDI 460 Blatt 1 Berechnungen von Wärumpen Kurzverfahren zur Berechnung der ahresarbeitszahl von Wärumpenanlagen Elektro-Wärumpen zur Raumheizung und Warmwasserbereitung, März 009 4) Unter gibt es für den VDIFormalismus kostenfrei eine Anleitung, in der Herstellerangaben sowie empfohlene, vorgeschriebene und frei wählbare Daten farbig gekennzeichnet sind. ) DI E 831 Beiblatt 1 Heizsysteme in Gebäuden Verfahren zur Berechnung der orm-heizlast ationaler Anhang A, uli 008 6) DI V 401- Energetische Bewertung heiz- und raumluft technischer Anlagen Teil : Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung, August 003 1) Christina Hönig Dipl.-Phys., WPsoft GbR Dresden, 019 Dresden, Telefon (03 1) 4 4 6, info@wp-opt.de,