Energie sparen mit Wärmepumpen

Gebäudetechnik
Energie sparen
mit Wärmepumpen
1.1
Entwicklung, Funktionsweise und Wärmequellen
Wärmepumpen sind seit vielen Jahren im Einsatz. Sie wurden in der Vergangenheit ständig verbessert und haben ihre Leistungsfähigkeit und
Zuverlässigkeit hinreichend unter Beweis gestellt. Um zu verstehen, wie sie
funktionieren und warum gerade sie der Forderung nach Energieeinsparung
in besonderer Weise nachkommen, sind grundlegende theoretische Kenntnisse der dahinter stehenden Technik erforderlich. Neben der Funktionsweise gehört dazu das Wissen um die verschiedenen Wärmequellen und
die nachgeschalteten Wärmeverteilsysteme.
1
Entwicklung
Geht man davon aus, dass die Wärmepumpentechnik nichts anderes ist als die Funktionsumkehrung einer Kältemaschine, kann die „Geburt“ der Wärmepumpe auf das Jahr 1834 datiert werden, als der Amerikaner Jacob Perkins
die erste Kompressions-Kältemaschine baute
und in Betrieb nahm. Der nächste Entwicklungsschritt erfolgte 1852: Der englische Gelehrte Lord Kelvin konnte nachweisen, dass
sich Kältemaschinen auch zum Heizen verwenden lassen. Das brachte einen unverhofften
Energiegewinn, denn das umfunktionierte Kälteaggregat entnahm die zum Heizen benötigte
Energie aus der Umgebungsluft, verbrauchte
also weniger Primärenergie als zum direkten
Heizen über die Verbrennung von Gas oder Öl
oder über die Nutzung von Elektrizität notwendig gewesen wäre. Es dauerte aber noch bis
zum Beginn des 20. Jahrhunderts, bis die ersten Patente vergeben wurden. Und auch danach kam die Entwicklung der Wärmepumpe
als Heizaggregat nicht recht voran, während ihre „Schwestern“, die Kältemaschinen, nach
FÜR DIE PRAXIS
dem Ersten Weltkrieg weite Verbreitung fanden, da die Nachfrage nach künstlichem Eis
und Kühlgelegenheiten für Lebensmittel ständig stieg und sie immer häufiger auch in privaten Haushalten zum Einsatz kamen. Erst im
Jahre 1938 ging eine erste große Wärmepumpenanlage in Betrieb. Sie beheizte mehrere Gebäude der Stadtverwaltung Zürich.
Nach dem Zweiten Weltkrieg gelang dann in
den USA der endgültige Durchbruch. Als Beispiel sei eine erdgekoppelte Wärmepumpenanlage in Indianapolis genannt: Der Erdkollektor bestand aus in zwei Meter tiefen Gräben
verlegten Kupferrohren, in denen zirkulierendes Kältemittel direkt verdampfte (Prinzip: Direktverdampfung). Die Wärmepumpe speiste
über ein Gebläse eine der damals in den USA
schon weit verbreiteten Warmluftheizungen.
Weitere Anlagen gingen mit Beginn der Heizperiode 1948/49 in Vororten Philadelphias in
Betrieb. Im Gegensatz zur Direktverdampfungsanlage in Indianapolis zirkulierte hier ein Wärmeträgermedium (mit Glykol vermischtes Wasser) in erdverlegten eisernen Wasserleitungsrohren. Damit wäre also die Geburtsstunde der
ersten Sole/Wasser-Wärmepumpe markiert.
➊ Absatz
von
Wärmepumpen
Renaissance der Wärmepumpe
Der Bericht des Club of Rome aus dem Jahr
1972 unter dem Titel „Die Grenzen des
Wachstums“ und der Beginn der Ölkrise im
Jahr 1973 mit stark steigenden Energiepreisen ließen das Problem der Energieversorgung schlagartig zu einem zentralen Problem
werden. Vor diesem Hintergrund begannen
Entwicklungen und Forschungen auf dem heute so bedeutenden Sektor der erneuerbaren
Energien. Staatliche Fördermittel sorgten für
einen regelrechten Boom beim Einsatz von Solaranlagen und Wärmepumpen. Doch an der
Preisfront kehrte bald wieder Ruhe ein und in
dem gleichen Maße, wie das Wissen um
Wachstumsgrenzen aus den Köpfen der Verbraucher entwich, verschwanden auch Solarsysteme und Wärmepumpen bald wieder vom
Markt. Erst der interministeriellen Arbeitsgruppe (IMA) „CO2-Reduktion“ unter Federführung
des Bundesumweltministeriums gelang es
schließlich, das Umweltbewusstsein der Bürger wieder zu wecken. Die IMA begann im Jahr
1990 mit der Aufstellung eines ersten Klimaschutzprogramms. Das heute gültige „Nationale Klimaschutzprogramm 2005“ – es ist
das fünfte seit 1990 – soll eine Reduzierung
der Treibhausgasemissionen im Zeitraum von
2008 bis 2012 um 21 % gegenüber 1990 erreichen. Vor diesem Hintergrund ist es notwendig, die Energiekosten drastisch zu senken. Eine der Möglichkeiten ist der Einsatz von
Wärmepumpen, denn sie erlauben die Nutzung von Sonnenwärme, die in der Umwelt
(Erdreich, Wasser, Außenluft) gespeichert ist,
und stellen damit eine der effektivsten Lösungen zur Energieeinsparung dar.
1.2
Zukünftige Marktchancen
Die Einsatzvielfalt, die ausgereifte Technik und
vor allem der sehr hohe Anteil kostenloser Wärme aus dem Erdreich, aus dem Grundwasser
und aus der Umgebungsluft machen die Wärmepumpe zu einem gefragten Heizsystem für
Bauherren und Heizungsmodernisierer. Diese
Attraktivität spiegelt sich auch in den Absatzzahlen wieder: Mit Zuwachsraten von 29,67 %
im Jahr 2004 konnte die Wärmepumpen-Branche den positiven Trend der letzten zehn Jahre
bestätigen. Vor dem Hintergrund steigender
Erdgas- und Erdölpreise wird die Nachfrage
auch in Zukunft weiter zunehmen (Bild ➊).
2
Funktionsprinzip
und Kennzahlen
Der Vollständigkeit halber sei neben der Kompressions-Wärmepumpe noch die Absorptions-Wärmepumpe erwähnt, die in der Heizungstechnik bisher aber nur geringere Marktbedeutung erlangt hat und deshalb hier nicht
weiter berücksichtigt wird.
Quellen:
Bundesverband
Wärmepumpe
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 10
2.1
Funktionsprinzip
Die Funktion einer Wärmepumpe entspricht der
eines Kühlaggregats. Doch während ein Kühlag-
803
FÜR DIE PRAXIS
gregat einen Raum kühlt, ihm also Wärme entzieht und diese über eine großflächige Lamellenkonstruktion ungenutzt an die Umwelt abgibt, arbeitet eine Wärmepumpe mit umgekehrtem Nutzen: Sie kühlt die Umwelt (Erdreich,
Grundwasser, Umgebungsluft) ab, lässt die dabei gewonnene Wärme aber nicht ungenutzt,
sondern überträgt sie an ein Heizsystem.
Eine Kompressions-Wärmepumpe ist eine
thermodynamische Maschine. Sie besteht,
wie eine Kältemaschine auch, im Wesentlichen aus dem Verdichter (Kompressor) mit
Antriebsmotor, dem Verdampfer, dem Verflüssiger (Kondensator) und dem Drosselorgan
(Expansionsventil). Diese Bauteile sind über
Rohrleitungen zu einem geschlossenen System verbunden, das mit einem Arbeitsmedium
(Kältemittel) gefüllt wird (Bild ➋). In diesem
System setzt der Verdichter einen Kreisprozess in Gang, der in folgenden Arbeitsschritten
die gerade genannten Bauteile durchläuft:
Über den Verdampfer wird dem Kreisprozess
Umweltenergie zugeführt. Im Verdampfer befindet sich das flüssige Arbeitsmittel bei niedrigem Druck p0 und der entsprechenden Siedetemperatur T0*. Die Temperatur T0 der Wärmequelle ist höher als die des flüssigen
Arbeitsmittels. Durch dieses Temperaturgefälle kommt es zu einer Wärmeübertragung von
der Wärmequelle auf das Arbeitsmittel, das
dabei zu sieden beginnt und verdampft. Die
dazu erforderliche Verdampfungswärme Qzu
wird der Wärmequelle entzogen, die dadurch
abkühlt.
Im Verdichter wird dem Kreisprozess Arbeitsenergie zugeführt. Der Dampf des Arbeitsmittels wird vom Verdichter angesaugt und
komprimiert. Dadurch steigt der Druck des
Dampfes von p0 auf p. Dem erhöhten Druck p
entspricht eine höhere Siedetemperatur bzw.
Kondensationstemperatur T*. Die vom Verdichter aufgenommene Antriebsenergie W
wird zum größten Teil in Verdichtungsarbeit
umgewandelt. Durch die dabei entstehende
Reibungswärme wird das Arbeitsmittel zusätzlich erwärmt.
Im Kondensator gibt der Kreisprozess Wärme
an das kältere Heizungswasser ab. Der überhitzte Dampf wird in den Verflüssiger gedrückt.
Die Heizwassertemperatur T am Verflüssiger
ist niedriger als die Temperatur des Arbeitsmittels T*. Nun beginnt der Dampf zu kondensieren (flüssig zu werden). Die Verflüssigungswärme wird an das Heizwasser übertragen,
dessen Temperatur sich erhöht.
Das Expansionsventil reduziert den Druck auf
das Ausgangsniveau. Das flüssige Arbeitsmittel mit der Temperatur T* wird vom Druck p
(hinter dem Verflüssiger) auf den Druck p0 im
Verdampfer entspannt. Dem niedrigeren Druck
p0 entspricht die Siedetemperatur T0*. Der Arbeitsmittelkreislauf ist somit geschlossen.
2.3
Nutzungsgrad, Arbeitszahl
und Leistungszahl
Für die Wärmepumpe gibt es wichtige Kennziffern, die eine schnelle Beurteilung ihres Leis-
804
Gebäudetechnik
➋ Kreisprozess
einer Wärmepumpe
tungsvermögens und ihrer Wirtschaftlichkeit
erlauben. Neben dem Nutzungsgrad, der das
Verhältnis von Nutzenergie (Heizwärme) zu
aufgenommener Energie ausdrückt, sind in erster Linie die Arbeitszahl und die Leistungszahl von Bedeutung.
Die Arbeitszahl β (englisch: spf = seasonal
performance factor) gibt an, wie viel Wärmeenergie durch die eingesetzte elektrische Energie gewonnen wird. Sie ist der Quotient aus
der von der Wärmepumpenanlage abgegebenen Wärmemenge und der vom Verdichter aufgenommenen elektrischen Antriebsarbeit. Als
Formel ausgedrückt:
β=
[ ]
[ ]
Q WP kWh
[]
[]
T K
εc =
T - T0 K
Beträgt beispielsweise die Außentemperatur auf der kalten Seite T0 = 0 °C = 273 K
und die Vorlauftemperatur der Warmwasserheizung auf der warmen Seite
T = 35 °C = 308 K, so ergibt sich folgende
Leistungszahl nach Carnot:
Wel kWh
Wird die Arbeitszahl über den Zeitraum eines
Jahres betrachtet, so spricht man von einer
Jahresarbeitszahl.
Die Leistungszahl ε (englisch: cop = coefficient of performance) gibt das momentane
Verhältnis der vom Verflüssiger abgegebenen
Wärmeleistung zur vom Verdichter aufgenommenen elektrischen Leistung an. (Man spricht
von einem momentanen Verhältnis deshalb,
weil sich die Leistungszahl auf den Zeitpunkt
der Messung bezieht. Zu einem späteren Zeitpunkt können sich die nach DIN EN 255 definierten Bedingungen geändert haben.) Eine
Leistungszahl 4 bedeutet, dass das Vierfache
der eingesetzten elektrischen Leistung in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt wird. Daraus folgt: Je höher die Leistungszahl, desto
wirtschaftlicher die Wärmepumpenanlage. Die
Formel lautet:
ε=
nahme kann für die Praxis jedoch nicht gelten.
Trotzdem hat der Carnot-Prozess seine Bedeutung: Er wird als theoretischer Vergleichsprozess verwendet, um reale Prozesse zu untersuchen. Die theoretische Leistungszahl εc errechnet sich aus der Formel:
[ ]
[ ]
Q«WP kW
Pel kW
Die aufgenommene und abgegebene Leistung
und damit die Leistungszahl sind vom Arbeitsprozess im Kältemittelkreislauf abhängig. Bei
einem idealen Prozess, dem so genannten
Carnot-Prozess, der nach dem Stand der Technik in der Praxis nicht zu realisieren ist, ergäbe sich die theoretisch größte Leistungszahl
ec. Sie berücksichtigt nur die reine Differenz
(∆T) zwischen der Temperatur T auf der warmen und T0 auf der kalten Seite. Gleichzeitig
geht sie davon aus, dass die Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf den Verdampfer und vom Verflüssiger auf das Heizungswasser ohne Temperaturgefälle abläuft. Diese An-
308 K
= 8, 8
308 K - 273 K
εc =
Natürlich werden auch die Leistungszahlen für
den wirklichen Wärmepumpenprozess, also inklusive aller Verluste, durch die Temperaturdifferenz ∆T, die es zu überwinden gilt, beeinflusst. Die Temperatur T am Verflüssiger liegt
in der Praxis um 5 bis 15 K höher als die Heizwassertemperatur, während T0 am Verdampfer
5 bis 15 K weniger als die Temperatur der
Wärmequelle beträgt. Aufgrund dieser thermischen Differenzen, der mechanischen und
elektrischen Verluste sowie des Energiebedarfs der Hilfsantriebe ist ε kleiner als εc. Für
Überschlagsrechnungen kann ε gleich 0,5·εc
gesetzt werden. Die Leistungszahl handelsüblicher Wärmepumpen liegt bei 3 bis 5 (Bild ➌).
Die Leistungszahl lässt sich einfach und
schnell mithilfe eines vom Wärmepumpenhersteller erstellten h-lg-p-Diagramms ermitteln, indem man die dort eingetragenen Enthalpiedifferenzen ins Verhältnis setzt. Die Enthalpie h bezeichnet die in einem Kilogramm
Stoff enthaltene Energie. Die Werte hängen
vom verwendeten Arbeitsmedium ab.
Die Formel für den idealen Prozess lautet:
εc =
h2 - h3
h2 - h1
Die Formel für den realen Prozess lautet:
ε=
*
*
*
h2
*
- h1
h2 - h3
Bild ➎ zeigt das h-lg-p-Diagramm einer Luftwasserwärmepumpe bei einer Außentempera-
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 10
FÜR DIE PRAXIS
12
Leistungszahl ε
10
8
6
∆T = 35 K
ε= 4,3
∆T = 60 K
4
ε= 2,9
2
0
10
20
30
40 50
60
Temperaturdifferenz ∆T
K
80
➌ Leistungszahl in
Abhängigkeit vom
Temperaturunterschied
tur von 3 °C und einer Heizungsvorlauftemperatur von 55 °C. Zu sehen sind u. a. die Werte
h1* = 354 kJ/kg,
h2* = 407 kJ/kg und
h3* = 248 kJ/kg.
Daraus lässt sich die Leistungszahl für den realen Kreisprozess wie folgt ermitteln:
100 °C
30
bar
ε=
80 °C
55 °C
60 °C
3‘
3
10
2
40 °C
Wichtiges Fazit: Je geringer der Unterschied
zwischen der Temperatur des Heizungsvorlaufs und der Temperatur der Wärmequelle,
desto höher ist die Leistungszahl und damit
die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe.
2*
2‘
20 °C
Druck p
5
3
x=0
–2 °C
0 °C
4*
1 1*
4
2.4
–20 °C
1
x=1
0,5
0,3
h3* = hc*
200
h3 = hc
250
h1 h1*
300
350 kJ/kg 400
spetifische Enthalpie h
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 10
h2
h2*
407 − 248
= 3, 0
407 − 254
➍ h-lg-p-Diagramm
zur Ermittlung der
Leistungszahl
Die Werte hängen
jeweils vom verwendeten
Arbeitsmittel ab
Betriebsweisen
Wärmepumpen zur Raumbeheizung können in
unterschiedlicher Weise betrieben werden.
Das führte zu folgender Einteilung:
Monovalente Betriebsweise. Die Wärmepumpe ist alleiniger Heizwärmeerzeuger im Gebäude. Diese Betriebsart ist geeignet für alle
Niedertemperatur-Heizungen bis max. 60 °C
Vorlauftemperatur.
Monoenergetische Betriebsweise. Das Heizsystem benötigt keine zweite Energieart mehr.
Die Luft/Wasser-Wärmepumpe arbeitet bis zu
einer Außentemperatur von –20 °C mit Außen-
805
FÜR DIE PRAXIS
Gebäudetechnik
Tafel ➊ Wärmequellen und Wärmepumpentypen
luft. Bei tieferen Außentemperaturen schaltet
sich eine Elektro-Zusatzheizung ein.
Bivalent-alternative Betriebsweise. Die Wärmepumpe liefert bis zu einer festgelegten
Außentemperatur (z. B. 0 °C) die gesamte
Heizwärme. Sinkt die Temperatur unter diesen
Wert, schaltet sich die Wärmepumpe ab und
der zweite Wärmeerzeuger übernimmt die Heizung. Diese Betriebsart ist für alle Heizungssysteme mit einer Vorlauftemperatur bis maximal 90 °C möglich.
Bivalent-parallele Betriebsweise. Bis zu einer
bestimmten Außentemperatur erzeugt allein
die Wärmepumpe die notwendige Wärme. Bei
niedrigen Temperaturen schaltet sich der zweite Wärmeerzeuger zu. Im Gegensatz zum bivalent-alternativen Betrieb ist jedoch der Anteil
der Wärmepumpe an der Jahresleistung größer. Diese Betriebsweise ist für Fußbodenheizungen und Radiatoren bis maximal 60 °C Vorlauftemperatur geeignet.
Bivalent-teilparallele Betriebsweise. Bis zu
einer bestimmten Außentemperatur erzeugt
allein die Wärmepumpe die notwendige Wärme. Sinkt die Temperatur unter diesen Wert,
schaltet sich der zweite Wärmeerzeuger dazu. Reicht die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe nicht mehr aus, wird die Wärmepumpe abgeschaltet. Der zweite Wärmeerzeuger
übernimmt die volle Heizleistung. Diese Betriebsart ist für alle Heizsysteme über +60 °C
Vorlauftemperatur geeignet.
3
Wärmequellen
Für eine sinnvolle Nutzung der Umgebungswärme stehen die Wärmequellen Erdreich,
Grundwasser und Umgebungsluft zur Verfügung. Sie alle haben kostenlose Energie gespeichert, die sich mit einer Wärmepumpe
nutzen lässt. Für die Auswahl einer Wärmequelle sind wichtige Kriterien wie ausreichende Verfügbarkeit, möglichst hohe Speicherfähigkeit, möglichst hohes Temperaturniveau
und möglichst kostengünstige Erschließung
zu berücksichtigen.
Wärmequelle
Heizmedium Wasser
Heizmedium Luft
Erdreich (Solekreislauf)
Sole/Wasser-Wärmepumpe
Sole/Luft-Wärmepumpe
Wasser
Wasser/Wasser-Wärmepumpe
Wasser/Luft-Wärmepumpe
Luft
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Luft/Luft-Wärmepumpe
Je nach Wärmequelle und Heizmedium sind
die in Tafel ➊ aufgeführten Wärmepumpentypen zu unterscheiden.
3.1
Wärmequelle Erdreich
Das Erdreich hat die Eigenschaft, Sonnenwärme saisonal, also über einen längeren Zeitraum, zu speichern, was zu einer über das
ganze Jahr relativ gleichmäßigen Temperatur
der Wärmequelle führt. Die enthaltene Energie wird über Erdreichwärmetauscher nutzbar
gemacht. Als Wärmetauscher, die innerhalb
des Kreisprozesses der Wärmepumpe als Teil
des Verdampfers anzusehen sind, kommen
entweder ein unterhalb der Erdoberfläche verlegter Erdwärmekollektor oder eine tiefer ins
Erdreich eingebrachte Erdwärmesonde zum
Einsatz.
Erdwärmekollektoren bestehen zumeist aus
mehreren Kunststoffrohrsystemen (Solekreisen, ähnlich den Heizkreisen einer Fußbodenheizung), die in einer Tiefe von etwa
1,50 m im Erdreich verlegt sind (Bild ➎ ). Sie
enthalten ein Ethylen-Glykol-Wasser-Gemisch
(Sole), das mithilfe einer Umwälzpumpe
durch das System gepumpt wird und dabei
die im Erdreich enthaltene Wärme aufnimmt.
Die Bodentemperatur sinkt ab einer Tiefe von
etwa einem Meter kaum unter 0 °C ab. Die
Wärmeentzugsleistung (Kälteleistung) liegt
zwischen 20 und 40 W/m2 Erdreichfläche als
Jahresmittelwert für ganzjährigen monovalenten Betrieb. Mit Erdwärmekollektoren betriebene
Wärmepumpen
werden
als
Sole/Wasser-Wärmepumpen bezeichnet, da
auf der Verdampferseite Sole und auf der
Verflüssigerseite, im Heizsystem also, in der
Regel Wasser als Wärmeträger verwendet
wird. Ist am Verflüssiger eine Warmluftheizung angeschlossen, spricht man von einer
Sole/Luft-Wärmepumpe.
Erdwärmesonden. In eng besiedelten Wohngebieten fehlt häufig die erforderliche Grundfläche für die Einbringung eines Erdwärmekollektors. Aus diesem Grunde kommen heute
zunehmend so genannte Erdwärmesonden
zum Einsatz. Sie bestehen in der Regel aus
Polyethylen-Rohren, die mithilfe von Bohr- oder
Rammgeräten bis zu einer Tiefe von 30 bis
100 m ins Erdreich eingetrieben werden. Sie
enthalten ebenfalls eine Sole als Wärmeträger
und erbringen bei normalen hydrogeologischen Bedingungen eine Sondenleistung von
50 bis 100 W/m Sondenlänge.
3.2
Wärmequelle Grundwasser
Anders als Sole/Wasser-Wärmepumpen benötigen Wasser/Wasser-Wärmepumpen kei-
806
nen außen liegenden Sole-Kreislauf (Bild
➏). Sie gewinnen die Wärme direkt aus
Grundwasser, das mithilfe einer Förderpumpe aus einem Bohrbrunnen (Förderbrunnen)
an den Verdampfer herangeführt und anschließend über einen zweiten Brunnen
(Schluckbrunnen) dem Grundwasser wieder
zugeführt wird. Die Nutzung von Grundwasser ist wegen der über das Jahr fast konstanten und dabei relativ hohen Wassertemperatur (um 10 °C) energetisch gesehen ausgesprochen
günstig.
Doch
vor
einer
Entscheidung sollte der Bauherr zunächst
die Grundwasserverhältnisse von einem
Fachmann gründlich untersuchen lassen, da
Probleme in Bezug auf die Fördertiefe und
vor allem auf die störungsfreie Funktion des
Schluckbrunnens auftreten können. Sind
solche Schwierigkeiten jedoch ausgeschlossen, ist aus wirtschaftlicher Sicht die Wasser/Wasser-Wärmepumpe allen anderen Typen vorzuziehen.
3.3
Wärmequelle Umgebungsluft
Der Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe
ist hinsichtlich seiner Wärmequelle besonders
problemlos, da Außen- beziehungsweise Umgebungsluft leicht zu erschließen ist und in der
Regel überall in unbegrenzter Menge zur Verfügung steht (Bild ➐). Die erforderliche Luftmenge wird mithilfe eines Ventilators über den
Verdampfer geführt und dort abgekühlt. Anders jedoch als bei den Wärmeträgern Sole
und Wasser kann die Temperatur der Luft je
nach Standort hohe Minuswerte annehmen,
die die Leistungszahl und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage sinken lassen. Deshalb ist
in solchen Fällen eine monoenergetische Betriebsweise zu wählen, bei der die Wärmepumpe zwar den größten Teil der Jahresheizzeit
übernimmt, die Spitzenlast an sehr kalten Tagen jedoch von einer elektrischen Zusatzheizung geliefert wird.
4
Wärmeverteilsysteme
Wie bereits dargestellt, ist die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenanlage in hohem
Maße von der Temperaturdifferenz zwischen
Wärmeverteilsystem und Wärmequelle abhängig. Angesichts der Tatsache, dass die
Temperatur der genutzten Wärmequelle nicht
sinnvoll zu beeinflussen ist, kommt der Vorlauftemperatur des Heizsystems eine entscheidende Bedeutung zu. Sie ist, zumindest
bei Neubauten, in weiten Grenzen frei wähl-
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 10
setze zur Nutzung der verschiedenen Wärmequellen zu beachten.
5.1
➎ Sole/Wasser-Wärmepumpe mit
Erdreichkollektor
5.2
➏ Wasser/Wasser-Wärmepumpe
mit Förder- und Schluckbrunnen
bar und sollte so niedrig wie möglich sein.
Auch wenn sich diese Forderung prinzipiell
bei allen Heizsystemen erfüllen lässt, kommt
doch der Fußbodenheizung eine besondere
Bedeutung zu, denn ihre bevorzugte Vorlauftemperatur von 35 °C genügt für die Wohnraumbeheizung selbst am kältesten Tag. Das
wurde allerdings erst in den letzten Jahren
möglich, nachdem infolge immer besserer
Wärmedämmung der Wärmebedarf von Gebäuden stark sank.
5
Gesetze und Vorschriften
Bei der Planung und Errichtung von Wärmepumpenanlagen sind neben der Energie-Einsparverordnung (EnEV) sowie den einschlägigen Normen und Vorschriften spezielle Ge-
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 10
Normen und Vorschriften
Für die Planung, den Bau und den Betrieb von
Wärmepumpenanlagen gelten in Deutschland eine Vielzahl von Vorschriften.
Der Bundesverband WärmePumpe gibt in seinem Arbeitsordner Wärmepumpe mehr als
60 Hinweise auf DIN-Normen, VDE-, VDI- und
VGMA-Richtlinien, UVVs, Gesetze und Verordnungen. Sie betreffen beispielsweise die Sicherheit von Kälteanlagen und Wärmepumpen, Fußbodenheizungen, Sicherheitsschalteinrichtungen, Emissionen, Behandlung von
Stoffen und Wartungsarbeiten.
5.3
➐ Luft/Wasser-Wärmepumpe für
Außenaufstellung
Energie-Einsparverordnung (EnEV)
Die heute gültige Energie-Einsparverordnung
ist seit Dezember 2004 in Kraft. Sie begrenzt
den Primärenergiebedarf für Gebäude und eröffnet Planern die Chance, das Energiesparziel flexibel zu erreichen, indem sie sowohl
den Wärmeschutz als auch die Anlagentechnik berücksichtigen. Zudem bringt der neue
Energiebedarfsausweis sowohl für Bauherren, als auch für die Nutzer mehr Transparenz bezüglich der energischen Qualitäten eines Gebäudes.
Gesetze zu Wärmequellen
Zusätzlich gibt es spezielle Gesetze für die
Nutzung der verschiedenen Wärmequellen.
Sie sollen gewährleisten, dass private und öffentliche Belange nicht beeinträchtigt und
dass durch diese Maßnahmen keine schädlichen Umwelteinflüsse hervorgerufen werden. So sind die Förderung von Grund- und
Oberflächenwasser als Wärmequelle für eine
Wärmepumpe und die Wiedereinleitung des
abgekühlten Wassers in Deutschland grundsätzlich genehmigungspflichtig. Auch die Entnahme von Wärme durch im Boden verlegte
Rohrleitungen, die mit Sole zum Wärmetransport gefüllt sind, bedarf einer wasserrechtlichen Erlaubnis, da bei Leckagen eine Beeinträchtigung des Grundwassers nicht ausgeschlossen werden kann.
Dem deutschen Genehmigungsverfahren liegen das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und
die jeweiligen Landeswassergesetze mit deren Verordnungen zugrunde. Die Nutzung der
Wärmequelle Außenluft hingegen unterliegt
in Deutschland keinen gesetzlichen Regelungen.
Literatur
[1] Flade, F.; Bundesverband WärmePumpe (BWP):
Handbuch Wärmepumpe. München 2003.
[2] RWE-Bauhandbuch. Frankfurt, Berlin,
Heidelberg: VWEW Energieverlag 2004.
[3] Wikipedia: Wärmepumpe. Historisches.
In: de.wikipedia.org/wiki/Waermepumpe
[4] Sanner, B.: Wichtige Entwicklungen in der
Geschichte der Wärmepumpe.
In: www.geothermie.de/oberflaechennahe/
waermepumpe/wp/wp_tec.htm
[5] EnEV 2004. In: enev-normen.enev-online.de/
enev
■
807