Wärmepumpen Warmwasserboiler - energie
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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
