Die Wärmepumpen-Heizung

Die Wärmepumpen-Heizung
Anlagen zur Heizung und Kühlung mit Erd- und Umweltwärme
Die Gemeinde
informiert
Warum Umweltwärme?
Schon wenige Meter unterhalb der Oberfläche weist der Boden
eine konstante Temperatur auf, die dem Jahresmittel der Lufttemperatur entspricht. In unseren Breitengraden sind dies rund
12 °C. Im Gegensatz zur Geothermie wird nicht die Hitze des
Erdkerns, sondern die Isolationswirkung des Bodens bzw. die
konstante Temperatur des Grundwassers genutzt. Die Bohrung
ist also nur oberflächlich und deshalb relativ kostengünstig. Im
Winter kann über den Wärmetauscher geheizt und im Sommer
mit dem gleichen System gekühlt werden. Erdwärme ist
unerschöpflich vorhanden, ist weder saisonalen, tageszeitlichen
noch wetterbedingten Schwankungen unterworfen und kann
ohne Transportwege vor Ort erzeugt und genutzt werden.
Weitere Vorteile einer Wärmepumpen-Heizung sind die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und die Platzeinsparung
durch das Wegfallen von Kamin und Tankraum. Bestellung und
Lagerung von Brennstoffen sind deshalb hinfällig und auch die
Kosten für Kaminfeger, Feuerungskontrolle und Tankrevision
entfallen. Moderne Geräte arbeiten dazu sehr leise.
Im Gegensatz zu Öl- und Gasbrennern heizt eine Wärmepumpe ohne Flamme - also emissionsfrei, geruchlos und ohne
Abfallprodukte. Sie kann Wärme von verschiedenen Quellen
aufnehmen und mit geringem Stromverbrauch so weit aufwerten, dass diese zum heizen verwendet werden kann. Dabei
Haus mit Erdsonde
stammen je nach Modell und Wärmequelle 60-90% der Nutzenergie aus der Umwelt (siehe
unten). Möchte man die Wärmepumpe möglichst umweltfreundlich betreiben, nutzt man also
reinen Ökostrom. Eine noch grössere Unabhängigkeit bringt die Kombination mit anderen
Alternativenergien wie z.B. einer Solaranlage. Denn Umwälzpumpe und Kompressor der
Wärmepumpe verbrauchen bei einem Einfamilienhaus rund 5000 kWh Strom pro Jahr zusätzlich.
Abteilung Umwelt
Muttenz, Oktober 2013
Was braucht es für die Nutzung von Erdwärme?
Die Umgebungswärme wird vom Kollektor aufgenommen, über einen Wärmetauscher an die
Wärmepumpe übertragen und dann an den Heizkreislauf abgegeben. Die Wärme kann aus dem
Erdreich, der Luft oder dem Grundwasser entzogen werden. Man unterscheidet entsprechend
zwischen Sole-Wasser-, Wasser-Wasser-, Luft-Wasser- und Luft-Luft-Wärmepumpen. Die Effizienz
der letzten beiden Typen ist deutlich geringer, da sich die Luft im Winter abkühlt und im Sommer
aufheizt. Deshalb werden solche Anlagen nicht durch Förderbeiträge unterstützt.
Der Anteil erneuerbarer Energie bei verschiedenen Wärmequellen
Wärmepumpen-Typ
Stromverbrauch
Luft/Wasser
Umweltwärme
30 - 40%
60 - 70 %
20 - 30%
70 - 80%
10 - 15%
85 - 90 %
Sole/Wasser (Erdreich)
(Grund-) Wasser/Wasser
Luft/Luft
Leistungszahl mindestens*
3,6
4,6
5.7
keine Angabe
* Die Leistungszahl gibt an, wieviel der eingesetzten elektrischen Leistung als nutzbare Wärme zur Verfügung steht
(Heizleistung/Wärmeleistung). Die Mindestangabe bezieht sich auf die Auswahlkriterien von www.topten.ch. Da diese je
nach Betriebspunkt ändert, wird meist die Jahresarbeitzahl (JAZ, Jahresmittel der Leistung) angegeben.
Funktionsweise einer Wärmepumpe
Die Arbeitsweise der Wärmepumpe entspricht der
eines umgekehrten Kühlschrankes. In diesem entzieht der Verdampfer dem Kühlgut Wärme, welche
dann über den Verflüssiger an die Aussenseite
abgegeben wird. Dadurch heizt sich die Rückseite
auf. Die Wärmepumpe hingegen entzieht der
Umwelt die Wärme und führt sie dem Heizsystem
zu. In einem geschlossenen Kreislauf fliesst in
beiden Fällen ein spezielles Kältemittel, welches
auch bei tiefen Temperaturen im Verdampfer
verdunstet werden kann. Dabei kühlt es aus
(Verdunstungskälte) und entzieht der Umgebung
Quelle: www.stadelmann-shs.ch
Wärme. Am Verflüssiger wird die aufgewärmte
Flüssigkeit kondensiert und gibt die Wärme an den Wohnraum ab (Kondensationswärme).
Erdwärmetauscher
Die Umgebungswärme wird im Erdwärmetauscher (Kollektor) aufgenommen. Die enthaltene Sole
(Wasser-Glykol-Gemisch als Frostschutz) erwärmt sich und gibt die aufgenommene Energie über
einen Wärmetauscher an die Wärmepumpe ab.
Von dort wird die Wärme an die Heizung übertragen. Je nach Anwendung, vorhandener Fläche
und gesetzlichen Vorgaben stehen verschiedene Erdwärmetauscher zur Auswahl:
Erdregister
Die einfachste Ausführung eines Kollektors besteht aus horizontal verlegten Kunststoffrohren in
1-3 m Tiefe. Die nutzbare Wärmeleistung ist von der Beschaffenheit des Bodens abhängig und
beträgt rund 10 - 35 W/m².
Grabenkollektor
Besteht aus vertikal verlegten Kunststoffrohren in einer Tiefe von 1,3 - 1,5 m. In
diesem maximal 100 m langen, geschlossenen Kreislauf zirkuliert die Sole. Die
Grösse des Kollektors ist abhängig von der Leistung der Wärmepumpe. Bei
grösseren Anlagen werden mehrere Kreisläufe parallel betrieben. Der
Wärmeentzug entspricht rund 20 W/m2 pro Jahr.
Als Faustregel für die Dimensionierung gilt: Erd- und Grabenkollektoren
Erdregister
brauchen eine doppelt so grosse Fläche wie die zu beheizende Wohnfläche.
Um die benötigte Fläche zu verringern, kann man stattdessen Wärmekörbe
oder Spiralkollektoren verwenden.
Erdwärmesonde
Eine Erdsonde (Abbildung 1) besteht aus zwei U-förmigen Kunststoffrohren,
welche in Tiefen von 60-100 m vertikal im Boden eingelassen werden. Die
Grabenkollektor
Tiefenbohrung ist die meist genutzte Methode, da eine Erdsonde viel weniger
Fläche benötigt. Zudem ist sie sehr langlebig, da sie fest im Erdreich installiert
wird. Eine besondere Wartung oder Überwachung ist nicht notwendig.
Die Wärmeentzugs-Leistung liegt im Mittel bei ca. 50 W/m. Bei der Erstellung
ist auf einen genügend grossen Abstand zwischen den einzelnen U-Rohren zu
achten, um eine optimale Wärmeversorgung aller Sonden zu garantieren.
Spiralkollektor
Energiepfähle
Kommen dort zum Einsatz, wo für die Stabilität eines Gebäudes sowieso Pfähle
in die Erde eingelassen werden. Entlang der Armierungseisen werden die
Leitungen befestigt, welche die Wärme an die Wärmepumpe übertragen.
Wärmekörbe
Vorteile dieser Wärmekollektoren sind die geringe Grundfläche und Einbautiefe
sowie ein sehr gleichmässiger Wärmeentzug. Es braucht keine Bohrung.
Spezialnutzungen
Bei bestehenden Häusern ist es oft nicht möglich, einen Erdwärmekollektor ein-
Erdsonde
zubauen. Daher bietet sich in dieser Situation die Aussenluft als Wärmequelle
an. Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen sind aber nicht sehr effizient. Sie
brauchen eine Zusatzheizung, die Ventilatoren verursachen zusätzlich Lärm und
wegen verstopfter Lüftungsschlitze sind die Anlagen wartungsintensiver.
Als Alternative bietet sich hier der Energiezaun an. Dabei handelt es sich um ein
oberirdisches Geflecht aus Kunststoffrohren. Da er auch im Winter besonnt
werden muss, darf er nicht von immergrünen Pflanzen beschattet werden. Wind
Energiepfahl
verbessert die Wärmübertragung aus der Luft, deshalb ist ein möglichst
windstarker Aufstellungsort ideal.
Anwendungen
Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizung,
desto besser ist die Leistungszahl. Deshalb ist eine Wärmepumpe besonders für
Wärmekorb
Niedertemperatur-Anwendungen
wie
Fussboden-
oder
Wandheizungen
(Vorlauftemperatur 35°C) sehr gut geeignet.
Auch Warmwasser kann erzeugt werden. Eine Zusatzheizung sorgt bei Bedarf
dafür, dass die richtige Temperatur erreicht wird. Für die Warmwasseraufbereitung oder als Ersatz eines Luftentfeuchters kommt auch eine LuftWärmepumpe in Frage, welche die Innenluft im Keller oder einen SolarLuftkollektor als Energiequelle nutzt. Dies hat den Vorteil, dass Kellerräume
Energiezaun
entfeuchtet werden und die Wäsche schneller trocknet.
Einige Wärmepumpen-Typen bieten zusätzlich eine integrierte Kühlfunktion.
Dabei werden zwei Methoden unterschieden:
Passive Kühlung
Die Wärme im Inneren wird über die Wärmepumpe an das Erdregister
abgegeben und somit nach aussen abgeführt. Die Wärmepumpe ist dabei bis
auf die Steuerung und die Umwälzpumpe ausgeschaltet.
Winterbetrieb
Aktive Kühlung
Dabei wird der Kältekreislauf in der Wärmepumpe einfach umgekehrt. Wie bei
einem Kühlschrank wird in diesem Fall durch die Wärmepumpe aktiv Kälte
erzeugt. Die Umschaltung von Sommer- auf Winterbetrieb kann in der Anlage
integriert sein oder durch einen zuschaltbaren externen Kühlkreis gelöst
werden. Allerdings verbraucht diese Nutzung mehr Strom als die passive
Kühlung. Aber im Vergleich zu einer konventionellen Klimaanlage ist die
Kühlung mittels Wärmepumpe wesentlich sparsamer.
Sommerbetrieb
Einschränkungen
Die Leistung eines Kollektors schwankt stark im Jahreslauf, sie hängt u.a. von Höhenlage und
Bodenfeuchtigkeit ab. Je höher z.B. die Bodenfeuchtigkeit, desto besser wird die Wärme
aufgenommen. Deshalb dürfen die Flächen über dem Kollektor nicht versiegelt werden. Auch
tiefwurzelnde Bäume dürfen nicht über der Kollektor-Fläche gepflanzt werden, weil sie die Rohre
beschädigen können. Durch die Auskühlung des Bodens kann sich das Wachstum von Pflanzen
über dem Kollektor im Frühling um bis zu 2 Wochen verzögern.
Betrieb und Wartung
Eine Wärmepumpe hat eine Lebensdauer von rund 20 Jahren. Sensible Bauteile sind in
Kompaktgeräten in der Regel hermetisch eingeschlossen und somit besonders wartungsarm.
Trotzdem sollte die Anlage mindestens alle 3 Jahre kontrolliert und gewartet werden, um den
einwandfreien und energieeffizienten Betrieb langfristig zu sichern.
Qualitätsmerkmale
Allein in den letzten 15 Jahren hat die Effizienz der Wärmepumpen um rund 20 % zugenommen.
Dies ist unter anderem der Einführung des Qualitätslabels D-A-C-H zu verdanken. Seit 2001 gibt
es in der Schweiz zudem ein Gütesiegel für Erdwärmesonden.
Baubewilligung
Erdsonden-Anlagen sind bewilligungspflichtig. Grundsätzlich nicht erlaubt sind Erdwärmesonden
ausserhalb des Siedlungsgebietes, in Grundwasserschutzzonen und auf belasteten Standorten.
Bohrungen näher als 3 m zum Nachbargrundstück bedürfen der schriftlichen Zustimmung des
Nachbarn. Erdwärmesonden werden nur bewilligt, wenn das Grundwasser nicht gefährdet wird
und keine geologischen Risiken bestehen. Weitere Informationen und das Gesuchsformular
finden Sie unter http://www.baselland.ch/Erdwaermenutzung
Kosten
Je nach Standort, Wohnfläche, Nutzungsart und System variieren die Kosten für eine Wärmepumpen-Heizung. Neben den Investitionskosten (Anschaffung, Installation) sind bei der Planung
auch die Betriebs-, Energie- und Unterhaltskosten (Service, Reparatur, Rauchgaskontrolle etc.)
derselben zu berücksichtigen. Hinzu kommen je nach System die Kosten für die Erdbohrungen,
welche sich für ein normal gedämmtes Einfamilienhaus auf rund CHF 20'000.- belaufen. Je
grösser der Verbrauch und damit die Anlage, desto mehr lohnt sich die Investition. Die im
Vergleich zu Öl- und Gaskessel höheren Anschaffungskosten werden nämlich auch bei kleinen
Anlagen durch tiefere jährliche Heiz- und Energiekosten wettgemacht.
Der Dimensionierung kommt grosse Bedeutung zu. Mit ihr steht und fällt die Wirtschaftlichkeit der
Anlage. Ist die Wärmepumpe zu gross, entstehen zu hohe Anschaffungs- und Betriebskosten. Zu
kleine Wärmepumpen führen hingegen zu Komfortverlusten oder treiben die Kosten der
Zusatzheizung in die Höhe. Ein Heizkosten-Vergleich kann bei der Wahl des Systems helfen - zu
finden z.B. unter www.wwf.ch/de/hintergrundwissen/hintergrund_konsum/wohnen/heizen
Förderbeiträge (Stand 2013)
Der Kanton Basel-Landschaft fördert Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen als
Ersatz von Öl-, Gas- oder Elektroheizungen sowie bei Neubauten. Luft/Wasser-Wärmepumpen
werden ausschliesslich beim Ersatz von Elektroheizungen gefördert.
Der Kanton Basel-Landschaft fördert oben genannte Wärmepumpen
bis 20 kW mit pauschal CHF 5 000.ab 20 kW mit pauschal CHF 4 000.- plus CHF 50.- pro kW
und die zusätzliche Anbindung des Brauchwarmwassers mit pauschal CHF 1'000.
Unter www.energiepaket-bl.ch/foerderbereiche finden Sie eine Wegleitung, das Gesuchsformular
und die aktuellen Förderbeitragssätze des Kantons Basel-Landschaft.
Die Gemeinde Muttenz unterstützt zudem den Ersatz von Ölheizungen durch Sole/WasserWärmepumpen mit einem Förderbeitrag. Die Gemeinde führt kein eigenes Gesuchsverfahren
durch, sondern hält sich an dasjenige des Kantons. Hat dieser den Förderbeitrag zugesichert und
die entsprechende Auszahlungsverfügung ausgesprochen, kann bei der Gemeinde schriftlich ein
Fördergesuch zuhanden der Abteilung Umwelt eingereicht werden. Dem Gesuch ist unbedingt
eine Kopie des Gesuchsformulares des Kantons (mit der Auszahlungsverfügung) beizulegen.
Für weitere Fragen steht Ihnen die Abteilung Umwelt per Email ([email protected]) oder
unter den Telefonnummern 061 466 62 74/76/77 gerne zur Verfügung.