Wärmepumpen Warmwasserboiler - energie

Werbung
DIV / Abteilung Energie
Wärmepumpen
Warmwasserboiler
Jörg Marti
Kanton Thurgau, Abteilung Energie
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmeströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
2
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmeströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
3
DIV / Energie
Verteilung Energieverbrauch Schweiz
4
DIV / Energie
Liter Heizöl pro m2
Entwicklung Energieverbrauch im Wohnbereich
25
20
20
Warmwasser
15
10
7.2
4.8
5
6
3.8
3
0
Altbau
Neubau
2010
Neubau
ab 2011
MINERGIE- MINERGIE- MINERGIESanierung Neubau
P
Gew ichtete Energiekennzahl Wärm e
5
DIV / Energie
WP-Boiler Typen
Kompaktgerät
Splitgerät
6
DIV / Energie
Prinzip Wärmepumpe
Strom
Wärmequelle
COP
JAZ Wärmenutzung
COP = P Wärmenutzung / P Strom
JAZ = E Wärmenutzung / E Strom
7
DIV / Energie
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
DIV / Energie
Aufgabe 1, Lösung
Primärenergie
2500 kWh
?
1000 kWh
Strom
Wärmequelle
2000 kWh
230 W
COP
JAZ Wärmenutzung
3000 kWh
3
COP = P Wärmenutzung / P Strom
JAZ = E Wärmenutzung / E Strom
9
DIV / Energie
WP Komponenten
Ventilator
Pumpe
10
DIV / Energie
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 m3/h (Lüfter ca. 50 W)
El. Heizstab 1.5 kW
El. Anschluss 230 V , 10 bis 16 A
Kondensatablauf
11
DIV / Energie
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
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
13
DIV / Energie
EN 16147 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
DIV / Energie
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
• www.wpz.ch und www.fws.ch
15
DIV / Energie
Die effizientesten Geräte auf www.topten.ch
16
DIV / Energie
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
DIV / Energie
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  EStrom = 3000 kWh / 3.4 = 882 kWh
JAZ 2.4  EStrom = 3000 kWh / 2.4 = 1250 kWh
Einsparung = (1250 kWh – 882 kWh) * 0.20 CHF * 20 a = 1470.- CHF
18
DIV / Energie
Energieverordnung Thurgau
§ 35 und Anhang 4:
Minimale Dämmstärken bei Verteilleitungen der Heizung
sowie bei Warmwasserleitungen
19
SH: § 18, Anhang 2
DIV / Energie
Energieverordnung Thurgau
§ 40 und Anhang 4:
Minimale Dämmstärken bei Luftkanälen, Rohren und
Geräten von Lüftungs- und Klimaanlagen
20
SH: § 24a, Anhang 3
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 1 000 m³/h 3 m/s;
21
SH: § 24
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
SH: § 17a
DIV / Energie
Energieverordnung Thurgau
§ 16 Verbindliche Normen, Empfehlungen und Richtlinien:
1. SIA-Norm 180
2. SIA-Norm 380/1
3. SIA-Norm 380/4
4. SIA-Norm 382/1
5. SIA-Empfehlung V382/3
6. SIA-Norm 384/1
7. SIA-Norm 384.201
8. SIA-Merkblatt 2024
9. SIA-Merkblatt 2028
„Wärme- und Feuchteschutz im Hochbau“, 1999
„Thermische Energie im Hochbau“, 2009
„Elektrische Energie im Hochbau“, 2006
„Lüftungs- und Klimaanlagen - Allgemeine Grundlagen und Anforderungen“, 2007;
„Bedarfsermittlung für lüftungstechnische Anlagen“, 1992
„Heizungsanlagen in Gebäuden - Technische Anforderungen“, 2008
„Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“, 2003
„Standard-Nutzungsbedingungen für Energie- und Gebäudetechnik“, 2007
„Klimadaten für Bauphysik, Energie- und Gebäudetechnik“, 2008
23
SH: § 3, Anhang 6
DIV / Energie
Energienachweis
24
DIV / Energie
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 / m2 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
DIV / Energie
Förderung Wärmepumpen: Kanton
•
•
•
•
Nur für bestehende Gebäude
Erdwärmesonde, Erdregister, Grundwasser
Aussenluft, nur wenn Ersatz von Elektroheizung
www.energie.tg.ch
26
DIV / Energie
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.)
www.wpb-jetzt.ch
27
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmeströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
28
DIV / Energie
Aufstellarten
29
DIV / Energie
Was passiert bei Kompaktgerät im Keller
↓•
↑•
↓•
↑•
↑•
↓•
Temperaturen
Wärmeströme
Luftfeuchtigkeit
Luftstrom
Lärm
Stromverbrauch ggü. Elektroboiler
30
DIV / Energie
Wärmeströme
Bereitstellung Endenergie
 Primärenergie
20°C
 Umweltbelastung UBP
Elektrogeräte,
Personen, etc.
10°C
Elektrogeräte
WW-Boiler
Heizkessel
31
DIV / Energie
Wärmeströme
4°C
20°C
Elektrogeräte
WW-Boiler
8°C
Heizkessel
32
DIV / Energie
Energiebilanz
Wärmeklau
Heizwärme
Umweltwärme
Wärme
Strom
?
Abwärme
(Kessel, Geräte)
WW-Boiler
33
DIV / Energie
Beispiel 1
34
DIV / Energie
Beispiel 2
35
DIV / Energie
Beispiel 3
36
DIV / Energie
Beispiel 4
37
DIV / Energie
Beispiel 5
38
DIV / Energie
Aufgabe 3
•
•
•
•
•
Heizwärme 12’000 kWh/a (Keller innerhalb Dämmung )
BWW 3’000 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
DIV / Energie
Aufgabe 3, Lösung
•
•
•
•
•
Heizwärme 12’000 kWh/a (Keller innerhalb Dämmung )
BWW 3’000 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:
EStrom = (12000 kWh + 3000 kWh) / 4 = 3750 kWh
EKälte = (12000 kWh + 3000 kWh) - 3750 kWh = 11250 kWh
LEWS = 11250 kWh / 80 kWh/m = 141 m
B:
EStrom, h = 12000 kWh / 4 = 3000 kWh, EKälte, h = 9000 kWh
EStrom, w = 3000 kWh / 3 = 1000 kWh, EKälte, w = 2000 kWh
LEWS = 11000 kWh / 80 kWh/m = 138 m
40
DIV / Energie
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
DIV / Energie
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
DIV / Energie
Kombination mit Holz oder Sonne
43
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmeströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
44
DIV / Energie
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
DIV / Energie
Temperaturverlauf Raumluft
8°C  3.5°C
Jahresmin. 2°C
Raum mit Ölkessel, Grundfläche 8m2, schlecht gedämmt 0.56W/m2K, Klimastation Zürich
Elektroboiler, Verbrennungsluft über Fenster
WP-Boiler, Verbrennungsluft über Fenster
WP-Boiler, Verbrennungsluft über Kanal
46
DIV / Energie
Temperaturminimum Raumluft
Raum mit Ölkessel, Verbrennungsluft über Fenster, schlecht gedämmt 0.56W/m2K, Klimastation Zürich
47
DIV / Energie
Aufgabe 4
Raum mit Ölkessel, schlecht gedämmt 0.56W/m2K, Klimastation Zürich
• Wie gross ist der Wärmestrom vom beheizten OG zum
Keller durch die Kellerdecke?
48
DIV / Energie
Aufgabe 4, Lösung
Raum mit Ölkessel, schlecht gedämmt 0.56W/m2K, Klimastation Zürich
• Wie gross ist der Wärmestrom vom beheizten OG zum Keller durch die
Kellerdecke?
PWärme = 0.56 W/m2K * 8 m2 * (22°C - 2°C) = 89.6 W
49
DIV / Energie
Temperatur, Decke gut/schlecht gedämmt
Raum mit Ölkessel, Verbrennungsluft über Kanal, Grundfläche 8m2, Klimastation Zürich
schlecht gedämmt 0.56W/m2K, gut gedämmt 0.30W/m2K
A = Elektroboiler, B = WP-Boiler
50
DIV / Energie
Entscheidung
• …
51
DIV / Energie
Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler
Primärenergie kWh/a
Fensterstellung, Raumgrösse m2,
innere Quellen, ggf. Heizung
Mio. UBP/a
CHF/a
schlechte gute
schlechte gute
schlechte gute
Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung
5659
0.811
144
1:Splitgerät
1: zu, 2x4, Heizkessel
2: Mix-Betrieb
1: zu, 2x4, Heizkessel
5200
5420
0.77
0.791
-63
-25
1: zu, 2x4, Heizkessel
5121
5337
0.76
0.78
93
132
2: offen, 2x4, Heizkessel
5306
5462
0.78
0.794
119
149
3: zu, 10x10, Heizkessel
5207
5600
0.773
0.811
97
166
4: zu, 2x4, ohne Heizkessel
5036
5202
0.747
0.76
88
124
5: zu, 2x4, Solarthermie
7449
7543
1.079
1.088
-279
-261
3: Kompaktgerät,
Aufstellung in
unbeheiztem Raum
4692
0.06
-25
0
0
0
2: Elektroboiler, Solarthermie
5361
0.768
-236
3: Gasheizung
4825
0.81
4
4: Gasheizung Solarthermie
7521
1.131
-235
4: beheiztem Raum
1: Elektroboiler
5: Referenzsysteme
ohne
Wärmepumpenboiler
52
DIV / Energie
Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler
Fensterstellung, Raumgrösse m2,
innere Quellen, ggf. Heizung
schlechte gute
schlechte gute
schlechte gute
Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung
5659
0.811
144
1:Splitgerät
1: zu, 2x4, Heizkessel
2: Mix-Betrieb
1: zu, 2x4, Heizkessel
5200
5420
0.77
0.791
-63
-25
1: zu, 2x4, Heizkessel
5121
5337
0.76
0.78
93
132
2: offen, 2x4, Heizkessel
5306
5462
0.78
0.794
119
149
3: zu, 10x10, Heizkessel
5207
5600
0.773
0.811
97
166
4: zu, 2x4, ohne Heizkessel
5036
5202
0.747
0.76
88
124
5: zu, 2x4, Solarthermie
7449
7543
1.079
1.088
-279
-261
3: Kompaktgerät,
Aufstellung in
unbeheiztem Raum
4692
0.06
-25
0
0
0
2: Elektroboiler, Solarthermie
5361
0.768
-236
3: Gasheizung
4825
0.81
4
4: Gasheizung Solarthermie
7521
1.131
-235
4: beheiztem Raum
1: Elektroboiler
5: Referenzsysteme
ohne
Wärmepumpenboiler
53
DIV / Energie
Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler
Fensterstellung, Raumgrösse m2,
innere Quellen, ggf. Heizung
schlechte gute
schlechte gute
schlechte gute
Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung
5659
0.811
144
1:Splitgerät
1: zu, 2x4, Heizkessel
2: Mix-Betrieb
1: zu, 2x4, Heizkessel
5200
5420
0.77
0.791
-63
-25
1: zu, 2x4, Heizkessel
5121
5337
0.76
0.78
93
132
2: offen, 2x4, Heizkessel
5306
5462
0.78
0.794
119
149
3: zu, 10x10, Heizkessel
5207
5600
0.773
0.811
97
166
4: zu, 2x4, ohne Heizkessel
5036
5202
0.747
0.76
88
124
5: zu, 2x4, Solarthermie
7449
7543
1.079
1.088
-279
-261
3: Kompaktgerät,
Aufstellung in
unbeheiztem Raum
4692
0.06
-25
0
0
0
2: Elektroboiler, Solarthermie
5361
0.768
-236
3: Gasheizung
4825
0.81
4
4: Gasheizung Solarthermie
7521
1.131
-235
4: beheiztem Raum
1: Elektroboiler
5: Referenzsysteme
ohne
Wärmepumpenboiler
54
DIV / Energie
Jährliche Einsparung ggü. Elektroboiler
Fensterstellung, Raumgrösse m2,
innere Quellen, ggf. Heizung
schlechte gute
schlechte gute
schlechte gute
Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung Dämmung
5659
0.811
144
1:Splitgerät
1: zu, 2x4, Heizkessel
2: Mix-Betrieb
1: zu, 2x4, Heizkessel
5200
5420
0.77
0.791
-63
-25
1: zu, 2x4, Heizkessel
5121
5337
0.76
0.78
93
132
2: offen, 2x4, Heizkessel
5306
5462
0.78
0.794
119
149
3: zu, 10x10, Heizkessel
5207
5600
0.773
0.811
97
166
4: zu, 2x4, ohne Heizkessel
5036
5202
0.747
0.76
88
124
5: zu, 2x4, Solarthermie
7449
7543
1.079
1.088
-279
-261
3: Kompaktgerät,
Aufstellung in
unbeheiztem Raum
4692
0.06
-25
0
0
0
2: Elektroboiler, Solarthermie
5361
0.768
-236
3: Gasheizung
4825
0.81
4
4: Gasheizung Solarthermie
7521
1.131
-235
4: beheiztem Raum
1: Elektroboiler
5: Referenzsysteme
ohne
Wärmepumpenboiler
55
DIV / Energie
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
56
Umweltwärme
DIV / Energie
Wärmepumpenboiler Splitgerät
•
•
•
•
Gute Einsparung Primärenergie und UBP
5700 kWh von 9700 kWh Primärenergie eingespart
Höhere Investitionskosten, jährliche Einsparung Fr. 144.Tiefer Bivalenzpunkt -5 °C wichtig
Strom
Gas
Heizwärme
Solarwärme
57
Umweltwärme
DIV / Energie
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
58
Umweltwärme
DIV / Energie
Wärmepumpenboiler Kompaktgerät
•
•
•
•
Einsparung Primärenergie und UBP
5300 kWh von 9700 kWh Primärenergie eingespart
Jährliche Einsparung Fr. 120.Raumgrösse, Wärmequellen, Dämmung beachten
Strom
Gas
Heizwärme
Solarwärme
Umweltwärme
59
DIV / Energie
Themen
•
•
•
•
•
Einführung, Funktion Wärmepumpe
Normen, Gesetze und Förderung
Auswirkungen, Wärmeströme
Resultate von Studien
Zusammenfassung, Empfehlung
60
DIV / Energie
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
DIV / Energie
Zusammenfassung
• Warmwasser macht einen grossen Teil des Energieverbrauchs aus
• COP bestimmt Effizienz des Gerätes, je grösser je besser
• Beste Geräte auf www.topten.ch 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 www.wpb-jetzt.ch mit CHF 600.• 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
DIV / Energie
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 m3 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 16147 mindestens
3.0 für Kompaktgerät und 2.8 für Splitgerät
63
DIV / Energie
Fragen
?
64
DIV / Energie
Vielen Dank
Wenn ich das
bloss vorher gewusst hätte...
65
Herunterladen
Explore flashcards