Energie-Experten in Berlin sagen: Die Effizienz einer Wärmepumpe kann nur so gut sein, wie die Quelle Ihrer Umweltenergie.
Was bedeutet das?
Wärmepumpen brauchen Umweltenergie und Strom. Sie entziehen ihrer Umwelt große Mengen niederer Temperatur und transformieren diese auf ein höheres Temperaturniveau. Je höher die Quelltemperatur der Umwelt, umso effizienter funktioniert der Prozesss und umso kleiner ist der Stromverbrauch. Je kleiner der Stromverbrauch, umso geringer die Kosten bzw. umso größer ist die Chance, diesen Strom energieautark mit eigener Photovoltaik ohne CO2 und ohne laufende Ausgaben für Energie zu erzeugen. Umgekehrt gilt, je niedriger die Umwelttemperatur, umso höher ist der Stromverbrauch. Unterschreitet die Umwelttemperatur bestimmte Werte, kann es sogar passieren, dass kein effizienter Betrieb der Wärmepumpe mehr möglich ist. Dann muss ein elektrischer "Heizstab" die Heizleistung übernehmen, was in der Regel sehr viel Strom kostet. Man kann sich das vorstellen wie bei einem Tauchsieder. Um das zu vermeiden tut man gut daran, sich genauer mit den verschiedenen Umweltenergiequellen und ihren spezifischen Eigenschaften zu befassen. Den am häufigsten verwendeten Umweltenergiequellen werden ganz grob betrachtet folgende Merkmale zugeschrieben:
| Luft (Aussentemperatur) | + unbegrenzt verfügbar | + Erschließung günstig | - Temp. nicht konstant | - in Heizperiode oft kalt | ||
| Erdreich oberflächennah | + fast überall möglich | + Errichtung relativ günstig | + Temperatur konstant | - kühlt schnell aus | ||
| Erdsonden 30 - 40 m tief | + überwiegend möglich | - Errichtung teuer | + Temperatur konstant | - kühlt über Winter aus | ||
| Tiefenbohrung ab 100 m | + gute Quelle wenn möglich | - Errichtung relativ teuer | + Temp. lange konstant | - Auskühlung Ende Winter | ||
| Grundwasser | + sehr gute Energiequelle | + Errichtung i.d.R. günstig | + extrem stabile Temp. | - Metallgehalt im Wasser |
Alle Umweltenergien haben gewisse Vor- und Nachteile, die man sich im Detail genau ansehen sollte. Dazu reicht eine solche erste Übersicht nicht aus. Denn neben allen anderen Faktoren ist der spezifische Temperaturverlauf einer Umweltquelle innerhalb der Heizperiode besonders wichtig. Die höchste Quelltemperatur verspricht auch die höchste Effizienz. Mehr Energieeffizienz bedeutet weniger oder gar kein CO2, weniger Stromverbrauch und dadurch geringere Kosten. Im Idealfall entstehen sogar gar keine laufenden Heizkosten mehr1, wie uns das Beispiel der Luft- und Grundwasser-Wärmepumpe zeigt.
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Die Umgebungsluft als meistgenutzte Umweltenergiequelle hat einige Vorteile. Sie ist unbegrenzt verfügbar, verursacht geringe Erschließungskosten und erreicht zeitweise hohe Temperaturen. Sie unterliegt aber auch den stärksten Schwankungen, alleine schon zwischen Tag und Nacht. Bleiben Temperaturen über mehrere Tage niedrig oder sogar unter Null Grad, nimmt die Effizienz der Wärmepumpe stark ab. Dasselbe gilt wenn in der kälteren Nacht geheizt werden muss. Im ungünstigsten Fall übernimmt der Heizstab das Heizen, was dann sehr viel Strom verbraucht. Ein Gau für die Effizienz und wenn das witterungsbedingt bei vielen Wärmepumpen gleichzeitig passiert, wird das zu einem großen Problem für die Energieversorgung der Allgemeinheit.
Oberflächennahes Erdreich ist gegenüber der Lufttemperatur zwar im Nachteil, hat aber fast keine Temperaturschwankungen. Das ist ein erheblicher Vorteil, wenn man keine oder nur eine kleine Photovoltaikanlage hat und im "Wärmepumpentarif" günstigen Nachtstrom nutzen will. Die Luft kühlt in der Nacht ab, das Erdreich ist dann oft wärmer und als Energiequelle effizienter. Allerdings kühlt das obere Erdreich während der Heizperiode relativ zügig aus. Die "Sole-Quelltemperaturen" liegen zum Jahreswechsel häufig kaum noch über Null Grad. Die Effizienz nimmt ab, der Stromverbrauch nimmt dadurch zu.
Kurze Erdsonden kleiner bis mittlerer Tiefe sind etwas leistungsfähiger, im Vergleich aber deutlich teurer und werden nur verwendet, wenn wegen bestimmter Geologie oder Grundwassertrennschichten nicht tiefer gebohrt werden darf. Man verlegt dann mehrere Sonden in geringere Tiefe. Die oberen Meter jeder Bohrung bringen eher Verluste als Energie. Bei hoher Heizlast der Wärmepumpe kühlen Erdsonden manchmal in wenigen Wochen aus. Bei einigen Projekten werden deshalb zusätzlich thermische Solaranlagen installiert, um bei Sonnenschein die Bohrungen wie einen Speicher wieder "aufzuladen".
Tiefenbohrungen haben den Vorteil, dass meist eine Bohrung ausreicht und sie zwar auch teuer, aber immerhin etwas günstiger gegenüber mehreren Erdsonden sind. Das Temperaturniveau ist geringfügig höher und es hält länger an, da über die längere Strecke in größere Tiefen mehr nutzbare Wärme nachströmt als in den oberen Schichten. Das Wärmeträgermedium kann dadurch auch mit höherem Volumenstrom bzw. schneller fließen und mehr Wärme transportieren, was die Energieausbeute und Effizienz der Wärmepumpe erhöht. Bei intensiver Nutzung kühlen auch Tiefenbohrungen über den Winter aus.
Ist Grundwasser in ausreichender Menge vorhanden und lässt es sich in gut erreichbarer Tiefe erschließen, bietet sich für die Wärmepumpe eine sehr attraktive Energiequelle. Bereits ab relativ geringen Tiefen um 12 Meter unter Erdoberfläche ist die Temperatur über das ganze Jahr konstant. Diese liegt je nach Region zwischen 9° und 12°C, ideal für die Wärmepumpe. Da Grundwasser "fließt" erneuert es sich ständig selbst. Deshalb kühlt die Quelle im Gegensatz zu Sonden und Bohrlöchern nicht aus. Darf man das Grundwasser nutzen, ist es in der Heizperiode in der Regel die effizienteste Quellenergie. Es gibt aber auch Hürden, denn Grundwasser enthält oft Eisen und Mangan, was die elektrische Leitfähigkeit erhöht. Das kann der Wärmepumpe schaden. Darüber hinaus besteht durch die Oxidation der Metalle die Gefahr, dass Brunnen (insbes. Sickerbrunnen) "verockern"2 und dadurch versiegen können.
Stromverbrauch und Effizienz der Wärmepumpe hängen entscheidend von der Temperatur und Ergiebigkeit der Energiequelle ab. Für einen möglichst effizienten Betrieb der Wärmepumpe muss man sich deshalb als wichtigsten Parameter die jeweiligen Temperaturen im Verlauf einer Heizperiode genau ansehen. Zur Verdeutlichung haben wir dafür aus unserer vorherigen Grafik jeweils den Mittelwert der Temperaturen von Aussenluft, Grundwasser und Erdreich übernommen. Im direkten Vergleich spricht daher zunächst alles für Grundwasser als die energetisch attraktivste Umweltenergiequelle. Ganz so einfach ist es mit der "Grundwasser-Wärmepumpe" aber leider nicht.
Will man Grundwasser als Umweltenergie dauerhaft nutzen, muss man den möglichen Komplikationen der Grundwassernutzung auf die richtige Art vorbeugen. Wir haben dazu gute und in der Praxis bewährte Lösungen.
Entscheiden wir uns aufgrund der im Winter effizientesten Energiequelle für eine Grundwasser-Wärmepumpe, könnte man bestenfalls energieautark werden. Es stellt sich jedoch die Frage, wie mit den möglichen Problemen bei der Nutzung von Grundwasser umzugehen ist. Bei einer üblichen Heizleistung der Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus mit ca. 5 - 10 kW, ist je nach Heizanforderung von einem Volumenstrom zwischen 500 und 3.000 Liter Grundwasser pro Stunde auszugehen. Diese Menge benötigt die Grundwasser-Wärmepumpe, um dem Wasser genug Umweltenergie entziehen zu können. Das ist ein ganz anderer Durchsatz als z. B. bei der Nutzung für Gartenwasser (meist 200 bis 1.000 L am Tag) und stellt die gesamte Anlage vor einige Herausforderungen. Nimmt der Sickerbrunnen wegen Verockerung bzw. Oxidation das zurückfließende Grundwasser irgendwann nicht mehr vollständig auf, kann ein Grundstück bei diesen Wassermengen ziemlich schnell überschwemmt werden, schlimmstenfalls während man nicht da ist. Man kann dazu zwar gewisse Sicherheitsvorkehrungen treffen. Besser wäre jedoch, wenn man bereits an der Entstehung ansetzt es erst gar nicht dazu kommt.
Die Gefahr der Verockerung sollte man bei einer Grundwasser-Wärmepumpe also immer soweit möglich mindern. Aber wie?
Die Zusammensetzung des Grundwassers lässt sich nicht ändern und eine "Behandlung" der großen Wassermenge ist nicht verhältnismäßig. Wegen der Grundwasserqualität wäre das auch gar nicht zulässig. Als eine mögliche Lösung könnte man nun auf die Idee kommen, mehrere Sickerbrunnen abwechselnd zu nutzen, oder Möglichkeiten zur kontrollierten "Ersatzversickerung"3 zu schaffen. Man könnte auch einen Notablauf zur Kanalisation bauen. Es gibt aber auch Vermeidungsmöglichkeiten, die zudem die Effizienz erhöhen und dadurch sogar finanziell lohnend sein können. Als eine solche Alternative könnte man im Wechsel mehrere Energiequellen verwenden. Für eine möglichst hohe Effizienz ist dazu die folgende Überlegung interessant:
Grundwasser ist unter den Alternativen oft die beste Energiequelle, aber nicht zwingend immer zu jeder Zeit. Gerade zu Beginn und am Ende der Heizperiode, und sogar mitten im Winter, können die Aussentemperaturen tagsüber manchmal höher liegen als die Temperatur des Grundwassers. In einer solchen Phase wäre die Aussenluft dann zumindest kurzzeitig die bessere Energiequelle. Das kann genügen, um den Wärmespeicher zu laden.
Dazu braucht man keine zweite Wärmepumpe, denn Luft lässt sich entweder mit "Absorber", oder einer Luftwärmepumpen-Ausseneinheit relativ günstig erschließen. Die Steuerung der Wärmepumpe ermittelt über Sensoren die jeweils beste Energiequelle und steuert diese automatisch an. So nutzt man mit einer "Hybrid-Wärmepumpe" immer die bessere Umweltquelle und spart Strom. Die zweite Energiequelle lohnt sich i.d.R. trotz Mehrkosten.
Man könnte sogar einen Wärmetauscher (Absorber) unter der Photovoltaik-Anlage montieren. Hier lässt sich schon bei geringer Sonneneinstrahlung zusätzlich die Abwärme der Solarmodule nutzen, was die Quelltemperatur erhöht und sogar zur Kühlung der PV-Module beiträgt. Das erhöht die Effizienz und verbessert zusätzlich den Ertrag der PV-Anlage. Wählt man die Ausseneinheit einer herkömmlichen Luftwärmepumpe, sollte diese zur Vermeidung von Vereisung4 nur bei Temperaturen > 5°C eingesetzt werden. Damit vermeidet man die bei Luftwärmepumpen üblichen Ineffizienzen.
Man nutzt auf diese Weise immer die Umweltenergiequelle mit der aktuell höheren Temperatur. Dadurch arbeitet die Wärmepumpe zu jeder Zeit nahe an Ihrer größtmöglichen Effizienz mit der realen Chance energieautark zu werden. Mit der temporären Nutzung von Luft nur bei AT > 5°C (oder höher) vermeidet man Vereisung und notwendiges Abtauen, einen der sonst größten Nachteile dieser Technik. Man "schont" aber auch die Grundwasserbrunnen, da diese nicht ständig und nicht alleine als Energiequelle in Betrieb sein müssen. Grundwasser fließt - wenn auch langsam - und so kann sich v. a. der Sickerbrunnen in Stillstandszeiten regenerieren, sodass es gar nicht erst zu Problemen mit Verockerung kommen muss. Mindestens reduziert man das Risiko erheblich. Passiert es doch, dann wesentlich seltener und die Wärmepumpe kann von Sensoren gesteuert jederzeit auf ihre Sekundärquelle umschalten. Der Sickerbrunnen (und wenn betroffen auch der Saugbrunnen) kann ggf. in einem Spülverfahren mit einem ökologisch unbedenklichen Bindemittel für Metallausflockungen regeneriert werden. Wenn sich das aber durch welchselweise Nutzung vermeiden lässt, umso besser.
Auch technisch sollte man bei Grundwassernutzung vorsorgen. Um die Wärmepumpe nicht durch im Wasser gebundene Metalle und höhere Leitfähigkeit zu schädigen, empfiehlt es sich, vor der Grundwasser-Wärmepumpe einen Zwischenwärmetauscher zu installieren. So wird diese nicht vom Grundwasser selbst durchströmt, sondern von einer unbedenklichen und konditionierbaren Wärmeträgerflüssigkeit in einem eigenen geschlossenen Kreislauf. Man wird dadurch zwar 2 - 3 Kelvin der Grundwassertemperatur verlieren (im Idealfall 1 K), was die Effizienz verringert. Bei unseren Simulationen ist das aber bereits berücksichtigt. Alle Berechnungen gehen von nur 7° - 8°C Wassertemperatur aus. In aller Regel erreichen wir nach dem Zwischenwärmetauscher trotzdem am Ende noch um 9° - 10° (von 11 - 12°C an der Quelle). Grundwasser bleibt deshalb im kalten Winter immer noch die mit Abstand beste Ernergiequelle.
Aus einer mustergültigen Anlage haben wir in der "Übergangszeit" über 8 Tage und Nächte den Temperaturverlauf und die Quellenansteuerung ausgelesen. Installiert wurde hier eine Wasser/Wasser- bzw. Grundwasser-Wärmepumpe mit Zwischenwärmetauscher und Ventilator-Ausseneinheit einer Luft-WP. Tipp: Die Lufttemperatur wäre unter der PV-Anlage in der Regel noch höher und würde bereits früher (Februar/März) zu häufigerem Quellenwechsel führen.
Der grafische Verlauf zeigt eine typische Woche Anfang April mit stark schwankender Aussentemperatur. Zu Beginn der Woche nutzt die Wärmepumpe Grundwasser als wärmste Quelle. Infolge Sonneneinstrahlung steigen die Temperaturen am 2. und 3. Tag deutlich an. Sobald die Lufttemperatur größer ist als die des Grundwassers, bezieht die Wärmepumpe ihre Energie von der Luft-Ausseneinheit der Wärmepumpe. Die Grundwasserbrunnen werden über rund 4 Tage geschont. Man kann der Grafik auch entnehmen, dass die Wärmepumpe primär nach verfügbarem Solarstrom geführt wird. Ohne Solarstrom steht die Wärmepumpe still, kann aber bei zwingendem Bedarf aus dem Netz oder besser von einem Batteriespeicher gespeist werden. Sobald die Sonne scheint wird geheizt. Mit dem nicht sofort zum Heizen verbrauchten Überschuss wird der Wärmespeicher aufgeladen. Sinkt die Luftemperatur wieder unter die Marke des Grundwassers, schaltet die Wärmepumpe bei Heizanforderung automatisch wieder auf die primäre Quelle zurück.
Die Wärmepumpe bekommt dadurch immer das Beste!
Durch die Priorisierung auf Solarstrom vom eigenen Dach oder aus der eigenen Batterie, arbeitet das System überwiegend CO2-frei und ohne laufende Heizkosten. Je mehr das gelingt, umso höher die Autarkie und umso besser die Klima- und Umweltbilanz. Unsere Anlagen werden nach Möglichkeit darauf ausgelegt, einen Heizungsautarkiegrad nahe 90% zu erreichen und schaffen in vielen Fällen sogar 100%. Dann bleibt im Winter evtl. nur noch ein (kleiner) Teil des Haushaltsstroms, der aus dem Netz bezogen werden muss. Im Sommer entstehen erhebliche Energieüberschüsse, die man als Ökostrom ins Stromnetz einspeisen kann. Diese helfen bei der Energiewende und auch ein bisschen bei der Amortisation. Insgesamt also ein gutes Ergebnis für alle!
Sehen wir uns im Vergleich dazu eine sehr gute Luftwärmepume mit nur einer Umweltquelle an (PVT5). Die durchschnittlichen Quelltemperaturen der Luft liegen mehrere Monate deutlich unter der Grundwassertemperatur. In den Wintermonaten ergibt sich dadurch eine geringere Effizienz mit niederigerem COP-Wert (Januar 3,9), was für eine Luft-WP trotzdem noch ein sehr guter Wert ist. Viele Luftwärmepumpen liegen weit darunter!
Bei identischer Luftwärmepumpe aber statt PVT-Kollektor mit der üblichen Ventilator-Einheit im Aussenbereich, läge der COP mit gemessenen 3,6 noch niedriger. Die konstante Temperaturlinie des Grundwassers (hier 7°C) lässt eine deutlich höhere Effizienz mit Grundwasser erahnen. Der Grundwasser-COP wird realistisch um 5-6 liegen. Mit wechselnden Umweltenergiequellen und intelligenter Steuerung sprechen wir in den meisten Fällen sogar von COP-Werten in der Nähe von 7.
Die Gesamteffizienz mit nur einer Quelle ist also deutlich niedriger als bei der Anlage mit zwei nach Temperatur angesteuerten Umweltenergiequellen.
Auch diese Abbildung könnte nun den Eindruck erwecken, dass Grundwasser
von November bis März stets die bessere Energiequelle ist. Allerdings sind hier die monatlichen Mittelwerte mehrerer Jahre abgebildet. Im Tagesverlauf schwankt die Lufttemperatur und kann tagsüber häufiger über der Temperatur des Grundwassers liegen. Das können monatliche Mittelwerte natürlich nicht abbilden. Die Messwerte zeigen auch, dass Wärmepumpen mit (guten) PVT-Kollektoren im Vorteil sind gegenüber den üblichen Luftwärmepumpen und deren Ausseneinheiten mit Ventilator. Denn unter den Photovoltaik-Modulen besteht bei Sonneneinstrahlung ein erheblicher Temperaturunterschied zur Umgebungsluft. Ab April, einem Monat in dem Temperaturen trotz vielen Sonnenstunden häufig noch einmal abfallen, wird der Unterschied zwischen Standard-Ausseneinheit und PVT mit COP 6,8 gegenüber COP 3,4 ganz besonders deutlich.
Man kann für eine Wärmepumpe mit wechselnden Energiequellen natürlich auch Luft mit Erdsonden oder einer Tiefenbohrung kombinieren. Deren Temperaturen sinken bei mit Luft abwechselnder Nutzung auch nicht soweit ab, wie bei deren alleiniger Nutzung. Hier sind je nach örtlichen Gegebenheiten also ganz verschiedene Möglichkeiten umsetzbar. Oft ist aber die Erschließung des Grundwasseres einfacher und günstiger als die Erdsonden.
Zur Überlegung eines alternativen Betrieb mit nur einer - und überall verfügbaren - Quelle (Luft) sehen wir uns noch einmal die erste Abbildung mit den verschiedenen Temperaturverläufen an. Hierbei fällt besonders der Durchschnitt der Tageshöchsttemperaturen (AT max) auf.
Wir kennen den direkten Zusammenhang zwischen Temperatur der Umweltenergie, Effizienz der Wärmepumpe und möglichst geringem Stromverbrauch. Im Temperaturverlauf während der Heizperiode erscheint vor diesem Hintergrund der monatliche Durchschnittswert der Tageshöchsttemperaturen (AT max.) interessant. Dieser liegt auf einem ähnlich guten Niveau wie die Grundwassertemperatur. Gegenüber Grundwasser hat Luft aber den Vorteil, dass es fast keine Komplikationen bei der Nutzung gibt, außer dem Temperaturverlauf und den starken Schwankungen. Man muss natürlich regionale Unterschiede berücksichtigen, denn die hier vorliegende Auswertung wurde für Berlin erstellt. Aus dieser Auswertung ergibt sich für die AT max jedoch ein auf den ersten Blick für eine Wärmepumpe attraktiver Verlauf. Warum also nicht die Tageshöchsttemperaturen nutzen? Aber Vorsicht!
Es handelt sich um dem Duchschnittswert der Tageshöchsttemperaturen. Diese werden pro Tag nur für kurze Zeit erreicht und auch nur im Durchschnitt. Es kann in jedem Wintermonat längere Phasen deutlich darunter geben. Die Wärmepumpe müsste zudem die benötigte Heizwärme in sehr kurzer Zeit erzeugen, was eine verhältnismäßig hohe Heizleistung voraussetzt. Vor und nach dieser Zeit, oder an Tagen, die unter diesem Durchschnitt bleiben, ist die Effizienz des gesamten Systems deutlich geringer. Das führt zu entsprechend mehr Stromverbrauch. Man könnte das akzeptieren, wenn man eine sehr große Photovoltaikanlage und einen möglichst großen Batteriespeicher hat. Denn dann lässt sich in kurzer Zeit viel Strom bereitstellen. Wichtig wäre aber auch ein sehr großer Wärmespeicher, um eine große Menge Wärme für mehrere Tage speichern zu können.
Solche Systeme bedürfen einer sehr genauen Berechnung inkl. Anlagensimulation. Eine dazu geeignete Wärmepumpe6 erreicht zudem die Dimensionierung für ein Mehrfamilienhaus oder eine gewerbliche Anlage. Wir können das im Einzelfall gerne prüfen und für den jeweiligen Standort ermitteln. In bestimmten Fällen können als Groß-Wärmespeicher sogar bisherige Heizöltanks genutzt und einer sinnvollen Weiterverwendung zugeführt werden, sofern deren Platz nicht anderweitig gebraucht wird.
Insgesamt zeigt sich jedoch im Ergebnis, dass sich die Tageshöchsttemperaturen viel besser und effizienter mit einer normalen Anlage und einer zweiten Umweltenergiequelle nutzen lassen. Die derzeit noch sehr hohen Förderungen und Zuschüsse machen u. E. das bessere System auch finanziell attraktiver.
Die vorstehenden Beispiele und Grafiken zeigen, es lohnt sich durchaus bei der Quelle der Umweltenergie auf Details zu achten und die Möglichkeiten sehr genau abzuwägen. Wir prüfen in jedem einzelnen Fall die individuellen Möglichkeiten unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten. Bei einem gut gedämmten Haus kann eine solche Prüfung übrigens auch dazu führen, dass sich eine reine Luftwärmepumpe, trotz einer etwas geringeren Effizienz, als die wirtschaftlichste Lösung erweist. Denn wenn der Heizwärmebedarf sehr gering ist, kann es duchaus vorkommen, dass auch mit einem geringeren Wirkungsgrad und kleiner Photovoltaikanlage der gesamte Energiebedarf gedeckt werden kann. Der Mehraufwand der effizientesten Lösung würde sich durch die erzielbaren Einsparungen dann nicht mehr in kurzer Zeitspanne amortisieren. Und bei einer großen PV-Anlage kann der erzeugte Strom evtl. auch im Winter den gesamten Strombedarf der Wärmepumpe decken, sogar wenn diese etwas mehr Strom verbraucht.
Jedes Haus, das keine fossile Energie bezieht und keine CO2 Emissionen verursacht, ist ein gutes Haus!
Besonders wenn für ein Projekt keine Zuschüsse in Betracht kommen, weder von Berlin noch vom Bund, und sich die Gesamtkosten in voller Höhe ohne Förderung amortisieren sollen, muss man die Kosten der verschiedenen Konstellationen gut gegeneinander abwägen. Die hohen Zuschüsse aus Bundes- und Landesmitteln bei der energetischen Sanierung im Bestand, machen die höhere Effizienz jedoch in den meisten Fällen deutlich attraktiver und in der Regel auch finanziell empfehlenswert. Die meisten gut gemachten Anlagen amortisieren sich bereits in 8 - 10 Jahren bei heutigen Energiepreisen, und wenn diese weiter steigen, sogar noch schneller.
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eMail: fleiner@workinapp.de
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1 COP: Der COP-Wert beschreibt das Verhältnis von eingesetzter Antriebsenergie der Wärmepumpe (Strom) und bereitgestellter Wärmeenergie (engl. coeficient of performance) https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungszahl
2 Sickerbrunnen: Bei Grundwassernutzung werden zwei Brunnen benötigt. Am Förderbrunnen (auch "Saugbrunnen") wird Grundwasser bezogen, nach Durchlauf durch den Wärmetauscher der Wärmepumpe muss das Wasser wieder der gleichen Grundwasserebene zugeführt werden. Dasa geschieht über den Sickerbrunnen (auch "Schluckbrunnen"). Da beim Umlauf durch Verwirbelung und beim Eintauchen in den Sickerbnrunnen im Wasser befindlicher Sauerstoff gelöst wird, kann es zur Oxidation der Metalle im Wasser kommen. Wenn diese Oxidation dazu führt dass sich der Brunnen langsam zusetzt, spricht man von Verockerung. Weitzergehende Informationen unter: https://de.wikipedia.org/wiki/Verockerung
3 Ersatzversickerung: Bei wasserführenden Anlagen werden oft Notabläufe vorgesehen, damit im Falle von einem Wasseraustritt kein Schaden entsteht. Das kann im Falle der Waschmaschine der Boedenablauf "Gulli" im Boden der Waschküche sein, der zur Kanalisation führt. Auch in Technikräumen, z. B. der Wasserverteilung im Hausanschlussraum, sind meist Bodenabläufe vorgesehen. Für den Sickerbrunnen, in dem Grundwasser nach der Nutzung für die Wärmepumpe wieder der Grundwasserebene zugeführt wird, kann ein "Notüberlauf" zur Kanalisation vorgesehen werden. Kann der Brunnen etwaig kein Wasser mehr aufnehmen (z. B. wegen Verockerung), fließt das überschüssige Wasser in die Kanalisation. Über Sensoren wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Man erkennt das Problem und kann es lösen.
4 Vereisung: Luft enthält Luftfeuchtigkeit die bei Abkühlung kondensieren kann. Genau eine solche Abkühlung passiert wenn die Luft-Wärmepumpe der Aussenluft Energie (Wärme) entzieht. Bei Temperaturen von +5°C und weniger (bis -10°C) können die Ausseneinheiten der Luft-Wärmepumpen vereisen. Dann müssen diese erwärmt und enteist werden, was zusätzliche Energie verbnraucht und die Effizienz mindert.
5 PVT: Ein Sonnenkollektor der Photovoltaische und Thermische Energie liefert wird als "Hybridkollektor" oder PVT-Kollektor bezeichnet (Photovoltaik Thermie).
6 Wärmepumpen und Dimensionierung: Um in der täglich kurzen Phase der Tageshöchstwerte die gesamte Wärmeenergie für einen 24 Stunden Tagesbedarf zu erzeugen, oder sogar im Voraus für mehrere Tage mit weniger gutem Wetter, muss die Wärmepumpe über eine sehr hohe Heizleistung verfügen, die kurzfristig abgerufen werden kann. Nehmen wir als Beispiel ein Haus mit 150 m2 und einem jährlichen Heizwärmebedarf von (nur) 40 kWh pro m2 (KfW-Effizienzhaus). Dieses Haus benötigt 6.000 kWh Heizleistung pro Jahr. Davon entfallen je nach Region rund 70% auf die drei Wintermonate. Das sind ca. 1.400 KWh in einem durchschnittlichen Wintermonat. Diese müssten bei diesem Modell in jeweils ca. 2 - 3 Stunden (Phase der höchsten Temperatur pro Tag) an 30 Tagen erzeugt werden. Unterstellen wir nun realistisch, dass wir nur in der Hälfte eines Monats die durchschnittlichen Höchsttemperaturen überhaupt erreichen, müssten wir um effizient zu arbeiten entsprechende Speichergrößen vorsehen, und diese Heizwärme statt in 30 in den nur 15 wärmeren Tagen erzeugen:
1.400 / 3 Std. / 15 Tage = 31,3 kW Heizleistung
Für eine solche Heizleistung braucht man schon eine kräftige Wärmepumpe, die eher für ein Mehrfamilienhaus oder zur gewerblichen Nutzung geeignet wäre. Die Kapazität des Luftwärmetauschers, über den die Temperatur aus der Luft gewonnen wird, müsste entsprechend groß sein. Hinzu kommen weitere wichtige Voraussetzungen. Wäre der Wärmespeicher nicht groß genug, funktioniert das Ganze nicht.
Man müsste wahrscheinlich Kompromisse eingehen und z. B. die Arbeitsdauer erhöhen, also auch Zeiten mit geringerer Temperatur nutzen, was die Effizienz verringert und den Stromverbrauch erhöht. Hat man keine entsprechende Speicherkapazität, müsste man die Wärmepumpe auch an Tagen einsetzen, an denen der Tageshöchstwert unter dem Durchschnittswert liegt. Jede normale Luftwärmepumpe muss so arbeiten, woraus ein Teil der schlechteren Wirkungsgrade und höheren Stromverbräuche resultiert.
Da häufiges Anlaufen und Stoppen, das sogenannte "Takten" der Wärmepumpe einder der bedeutendsten Verschleißfaktoren einer Wärmepumpe ist, gilt es diesen Effekt so gut wie möglich zu vermeiden. Die Wärmepumpe sollte also die zwei Stunden Höchsttemperaturphase konstant durchlaufen können ohne Unterbrechung. Das bedeutet, sie muss die erzeugte Wärmeenergie auch abgeben und für rund 24 Stunden (22 Stunden bis zum Beginn der nächste Höchsttemperaturphase) einspeichern können. Im Idealfall sollte der Speicher sogar mehrere Tage überbrücken können, da man in keinem Winter davon ausgehen kann, dass die guten Tageshöchsttemperaturen jeden Tag erreicht werden. Um diese Wärmepumpe auch kosteneffizient betreiben zu können, würde eine große Photovoltaikanlage mit großem Baterriespeichjer benötigt. Denn eine Wärmepumpe mit hoher Leistung braucht natürlich mehr Strom.
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