Heizen mit Wärmepumpen - 01.02.2021 Markus Geiger Bosch Junkers DE - Solarfreunde Moosburg
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Heizen mit Wärmepumpen 01.02.2021 Markus Geiger Bosch Junkers DE
Heizen mit Wärmepumpen
Agenda
- Funktion einer Wärmepumpe
- Wärmequellen - Erdreich / Wasser / Luft
- Effizienzkennzahlen von Wärmepumpen
- Einsatzbereich einer Wärmepumpe
- Verbrauchskosten beim Heizen mit Wärmepumpen
- Einbindung von Photovoltaik
- Förderlandschaft 2021
FUNKTION / WÄRMEQUELLEN
Grundlagen
Das Prinzip der Wärmepumpe – Heizen mit Erneuerbaren Energien
Wärmepumpen entziehen der Erde, dem Wasser oder der Luft die gespeicherte Energie.
Diese wird mit Hilfe von elektrischer Antriebsenergie auf ein höheres Niveau gebracht
und nun an den Heiz- und Warmwasserkreislauf übertragen
Wärmequelle Heizsystem
Grundlagen
Unterschiedliche Wärmequellen
Erdreich Wasser Luft
Erdwärmesonden (vertikal) Oberirdische Gewässer, Außenluft
Erdwärmekollektoren Kühl- und Abwasser, Wärmerückgewinnung aus
(horizontal) Brauchwasser Abluft / Abwärme
Erdkörbe Grundwasser Absorbersysteme
Grabenkollektor Brunnenwasser
Grundlagen
Unterschiedliche Wärmequellen
Erdreich – Erdsonde vertikal
Erschließung über
Tiefenbohrung
5
Vertikale
Sonde
Bohrtiefe Zuständigkeit Hinweis
Prinzipiell in fast jedem Untergrund einsetzbar
Bis 100 m Landratsamt
Geringer Flächenbedarf
Nicht in Wasser-
Über 100 m Bergamt schutzzonen (I und II) ganzjährige Wärmequelle mit hoher Wärmeleistung
Passive Kühlung möglich
Genehmigungspflicht beachten
Grundlagen
Unterschiedliche Wärmequellen
Oberflächennahe Erdwärme
Häufige Bohrtiefen bei Sonden: 50…100 m
10 °C 0 km
Temperaturniveau von den Jahreszeiten unabhängig
50 °C Ø 50 W/m
und nahezu konstant (ca. 10-11 C°)
(VDI 4640)
1 km
Bohrtiefen bis 100 Meter reichen aus,
90 °C um Erdwärme für Heizung und
Warmwasserbereitung zu nutzen
2 km
Sensible Gesteinsschichten in großer
200 °C Tiefe werden nicht berührt
Grundlagen
Unterschiedliche Wärmequellen
Erdreich - Flächenkollektor
9 Leistungen zwischen
120 - 160 cm 10-40 W/Quadratmeter Faustformel
Beheizte
2 Nutzfläche
Kollektorfläche =
ein- bis zweifache
Nutzfläche
Jahreszeitliche Schwankung der Bodentemperaturen müssen
bei der Berechnung der Kollektorfläche berücksichtigt werden
1
Ganzjährige Wärmequelle mit Beste Wärmequelle:
hoher Wärmeleistung Mit Wasser angereicherter Lehmboden (hohes Energiepotenzial)
1. Horizontaler Kollektor Ausreichend großes Grundstück muss vorhanden sein
2. Nicht überbaubar Vorteil: Unkompliziert und preiswert in der Herstellung (z.B durch Eigenleistung)
Grundlagen
Unterschiedliche Wärmequellen
Energiequelle Grundwasser
10
Vorab klären:
Wasseranalyse vor Installation
2
Wasserrechtliche Bewilligung
Wassermenge ausreichend?
Einfamilienhaus
3 ganzjährig mindestens zwei Kubikmeter
konstant 8-12 °C Grundwasser pro Stunde
1
Durch das ganzjährig hohe Temperaturniveau
1. Wärmeträger Grundwasser
der Wärmequelle (Grundwasser) werden sehr
2. Schluckbrunnen gute Leistungszahlen erreicht
3. Saugbrunnen
Geringer Flächenbedarf
Grundlagen Energieträger Außenluft - Heizen / Kühlen mit Luft-Wasserwärmepumpen Wärmepumpe für Außenaufstellung
Grundlagen Energieträger Außenluft – Heizen / Kühlen mit Luft-Wasserwärmepumpen Wärmepumpe zur Innenaufstellung
EFFIZIENZ – KENNZAHLEN COP / SCOP / JAZ / ETA S EINSATZBEREICHE
Heizen mit Wärempumpen
Umweltfreundliches Heizen mit der Wärmepumpe
Wärmepumpe
Zukunftssichere
umweltfreundliche
Wärmeerzeugung.Grundlagen der Wärmepumpentechnik
Wärmequelle – Temperaturhub – Leistungszahl
Als Faustwert gilt:
1 K => Geringerer Temperaturhub
2,5 % => Bessere LeistungszahlHeizen mit Wärmepumpen
Heizleistung / Vorlauftemperatur einer Luftwärmepumpe
Vorlauftemperaturen bei unterschiedlichen Außentemperaturen
Heizleistung, COP und
Vorlauftemperatur einer
Außentemperatur von 15°C
Compress 1-phasig, 230V/50Hz 3-phasig, 400V/50Hz
Merkmale CS7000iAW 7 OR/IR CS7000iAW 13 OR/IR
Heizleistung/COP bei +2/35 3,9/4,1 7,1/4,0
Heizleistung/COP bei -7/35 6,2/2,8 11,0/2,8
Max. VL-Temp. bei >A -2°C 62 62
Vorteile Deutlich höhere Höhere
Energieeffizienz EnergieeffizienzGrundlagen der Wärmepumpentechnik
Effizienzzahlen – COP – SCOP - JAZ – Eta s
Leistungszahl:
Heizleistung
aufgenommene elektrische Leistung
(ohne Hilfsenergie)
COP (Coefficient Of Performance) :
Heizleistung
(aufgenommene elektrische Leistung + Hilfsenergie)
Beides sind Momentaufnahmen!
„JAZ“ = Ganzheitliche Jahresarbeitszahl (Anlagennutzungsgrad)!Grundlagen der Wärmepumpentechnik
Bilanzgrenzen zur Ermittlung der JAZ
(Grafik Quelle: ISE Freiburg)Grundlagen
Klimazonen - SCOP
+12
+2
+7
Wärmebedarf
SCOP = Summe der COPs über Laufzeit = x Stunden* -7
Strombedarf
-15
(h/a)
Außentemperatur °C
SCOP für mitteleuropäische Klimazone (Straßburg) Klimazone Referenzort Auslegungstemperatur
COP Ermittlung Referenzort Mittel (Mitteleuropa) - Standard Straßburg Tdesign -10°C
+12/20°C 15 % (über +12°C AT) Wärmer (Südeuropa) Athen Tdesign +2°C
+7/20°C 35 % (über +2°C AT)
Kälter (Nordeuropa) Helsinki Tdesign -22°C
+2/20°C 54 % (über +2°C AT)
-7/20°C 88 % (über -7°C AT)Grundlagen der Wärmepumpentechnik
Kennzahlen geothermischer Wärmepumpen am Beispiel Bosch CS 7800i LW
Leistungsdaten* 6 kW 8 kW 12 kW 16 kW
Modulationsbereich bei B0/W35°C kW 2-6 2-8 3-12 4-15
Max. Vorlauftemperatur bei B 0°C °C 67 67 71 71
COP B0/W35°C nach EN14511:2011 4,6 4,6 4,8 4,8
ERP Klasse jahreszeitbedingte
A+++ A+++ A+++ A+++
Raumheizungs-Energieeffizienz (35°C VL.)
Etas nach EN14825,
durchschnittliche Klimaverhältnisse, 35°C
213 213 221 209
SCOP nach EN14825,
durchschnittliche Klimaverhältnisse, 35°C
5,4 5,4 5,6 5,3
Warmwasser-Zapfleistung bei 40°C
l 277 277 298 301
ETAsmitsteht für jahreszeitbedingte
integriertem 180l-WW Speicher Raumheizungs-Energieeffizienz und drückt aus wie viel
Primärenergie für eine Kilowattstunde
Max. Schallleistungspegel bei B0/W35 Wärme benötigt wird.
Jahreszeitbedingte dB(A) 32 32 36 37
in 1m Abstand DINLeistungszahl
EN ISO 11203 (SCOP) durch Division mit 2,5.Einsatzbereich einer Wärmepumpe
Kriterien: - Wirtschaftlichkeit
- Notwendige Vorlauftemperatur zur Beheizung des Gebäudes
Experimentelle Ermittlung
während der Heizperiode
Während der Heizperiode werden 1
die Vor- und Rücklauftemperatur
bei vollständig geöffneten 2
Thermostatventilen solange abgesenkt,
bis sich eine Raumtemperatur von ca.
20 - 22 °C einstellt.
3
Auslegungs- und Einsatzbereich
einer Wärmepumpe
1. Vorlauftemperatur HT
2. Vorlauftemperatur MT
3. Vorlauftemperatur NTBerechnung der jährlichen Wärmekosten (Stromverbrauch EWP)
Generell haben Erd-Wärmepumpen und Wasser-Wärmepumpen einen niedrigeren Stromverbrauch,
als Luft-Wärmepumpen, die gerade bei kalten Außentemperaturen mehr Strom verbrauchen,
um die benötigte Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen.
Überschlägig Berechnung der jährlichen Stromverbrauchskosten anhand folgenden Kennzahlen:
(Heizleistung (kW) / Jahresarbeitszahl JAZ) x Heizstunden (h/a) x Wärmepumpentarif (€/kWh)
Berechnung am Beispiel einer Geothermie - Wärmepumpe: (Neubau GEG - 180m2)
(6,0 kW / 3,5) x 1.800 (h/a) x 0,30 (€/kWh) = 925 € pro Jahr
oder auf Basis vorliegender Erfahrungswerte - EFH (KfW 55):
3000 kWh/a x 0,30 (€/kWh) = 900 € pro JahrEINBINDUNG VON PHOTOVOLTAIK
Einbindung Photovoltaik mit SG Ready Kontakt (On/Off)
Erd- und Luftwärmepumpen
PV-Strom kann bei aktiver PV-Funktion
für Heizung und Warmwasser
genutzt werden
Für Heizung wird mittels eines Offsets (0…5 K)
die aktuelle Raumsolltemperatur erhöht.
Für Warmwasser wird von der Betriebsart
„Warmwasser reduziert“ auf „Warmwasser“
umgeschaltet. Damit gilt die höhere 1. Wärmepumpe
Solltemperatur, die in der Betriebsart 2. Pufferspeicher
3. KNX Gateway
„Warmwasser“ eingestellt ist.
4. Intelligenter
Um den PV-Ertrag optimal zu nutzen, ist ein Stromzähler
Heizsystem mit einem Pufferspeicher und 5. Wechselrichter
6. PV-Anlage
gemischten Heizkreisen vorzusehen. 7. StromnetzEinbindung Photovoltaik mit Energiemanager Systemaufbau Heizungsanlage (WP & PV) vereinfacht Wärmepumpensystem Energiemanager Photovoltaikanlage Die Kommunikation erfolgt ausschließlich lokal im Gebäude auf den Smart Home Controller (keine Cloud) und funktioniert auch ohne ein Internet.
Effiziente Einbindung von Photovoltaik
Präzise An/Aus
0 1 EVU Strom
PV mit Energiemanager - optimiert PV mit SG Ready - konventionell
Wärmepumpe wird nach dem verfügbaren PV-Strom leistungsgeregelt Vergleich mit marktüblicher Anbindung über SG ready (on/off Signal)
✓ „100% grünes“ Heizen, Kühlen und WW, wenn PV-Strom verfügbar ✘ Stromaufnahme der Wärmepumpe kann nicht bestimmt werden
✓ Effizientere, höhere Nutzung von Photovoltaik – Strom ✘ zusätzlicher Bezug von Netzstrom kann nicht verhindert werden
✓ Kühlung nur mit PV möglichEnergieeffizienz durch Einsatz Energiemanager
Beispiel: EFH KfW 55
6.440 kWh 6.440 kWh
4.000 kWh 2.993 kWh
3.447 kWh
2.440 kWh
2.910 kWh 2.910 kWh 2.910 kWh
3.750 kWh 3.750 kWh 3.750 kWh
spart 62%/a
30 ct/kWh 12 ct/kWh 12 ct/kWh
Stromkosten Stromkosten
30 ct/kWh Eigenverbrauch Amortisation PV Stromkosten
30 ct/kWh Eigenverbrauch Amortisation PV
5.700 kWh
1.998 € / Jahr 765 € / Jahr 38 % Max. 10 Jahre 628 € / Jahr 54 % > 12 Jahre
1998€
1662 €/ /Jahr
Jahr 765€ / Jahr
474 €€ // Jahr
474 Jahr 38 %
36 %
36 % Max. 10 Jahre
Max. 10
Max. 10 Jahre
Jahre 628€ / Jahr
332 €€ // Jahr
332 Jahr 54 %
52 %
52 % >12 Jahre
>> 12
12 Jahre
Jahre
Randbedingungen: Standort Stuttgart, Haushaltslastprofil mit einer Abendspitze, Heizwärmebedarf 50 kWh/m²a, 185m², ohne Lüftung,
Einspeisebegrenzung PV 70%, PV-Batterie 50%, PV-Anlage: 6,2kWp (6440kWh), Batteriespeicher-Kapazität: 5,7kWh (90% DoD)FÖRDERLANDSCHAFT 2021
Förderlandschaft ab 2021 I Stand 14.12.2020
„Energieeinsparrecht für Gebäude“
Energieeinsparrecht für Gebäude
EnEV („Energieeinsparverordnung“): Energetische Anforderungen an beheizte
/ klimatisierte Gebäude (Heizungs-/Klimatechnik, Dämmstandards etc.)
Gesetzgebung EEWärmeG („Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz“): Mindestanteil reg.Energien
EnEV EEWärmeG EnEG
bis 11.2020 zur Deckung der Heizlast im Neubau (+Erfüllungsmöglichkeiten)
EnEG („Energieeinsparungsgesetz“): Definiert die Anforderungen an die
Energieeffizienz von Gebäuden/Anlagensowie deren Betrieb und ist die
Ermächtigungsgrundlage für die Energieeinsparverordnung (EnEV)
Zusammenführung &
Vereinfachung
„Gebäudeenergiegesetz (GEG)“
Zusammenführung der unterschiedlichen Gesetze unter einer gebündelten
Gesetzesgrundlage
Gesetzgebung Gültig ab 01.11.2020 für noch nicht beantragte Bauprojekte GEG
ab 11.2020
Neuerungen im Gesetz durch Verbote, Vorgaben und Erfüllungsoptionen
Regelt die Anforderungen an die Energieeffizienz, trifft jedoch keine Aussage
zur Förderfähigkeit von Gebäuden/SystemenEinfamilienhaus
Förderlandschaft ab 2021 I Stand 14.12.2020 179m²
Gebäudehülle entspricht GEG
Primärenergiebedarf
HT=0,34 W/m²K
60
55,40 Wärmepumpen reichen allein zur Erfüllung der Anfor-
Grenzwert GEG
derungen des GEG aus
50
40,62 Eine normal dimensionierte Luft- oder Solewärmepumpe
Grenzwert KfW55
40
erfüllt zudem immer auch die Anforderung an KfW55 / KfW40
[kWh/m²a]
30 Eine Luftwärmepumpe übererfüllt den geforderten Anteil
31,08 Erneuerbare Energie mit 100% EE
20
Systemlösung mit Gas-Brennwert sind im Neubau weiter eine
mögliche Lösung in Kombination mit Solar, KWL, PV, Biogas
10 KfW QP ☑ oder verbesserter Gebäudehülle
GEG EA ☑
0
LuftwärmepumpeFörderlandschaft ab 2021 I Stand 14.12.2020
Bundesförderung für effiziente
Gebäude (BEG)
BEG EM BEG WG BEG NWG In Neubau & Bestand
(Einzelmaßnahmen) (Wohngebäude) (Nichtwohngebäude)
Effizienzhausstandard
notwendig
Sanierung WG + NWG Sanierung + Neubau Sanierung + Neubau
Heizung wird im
Einfache Sanierung und Effizienzhausstandard Effizienzhausstandard Rahmen der Gesamt-
Kombination erforderlich erforderlich maßnahme gefördert
Ab 01.01.2021 Ab 01.07.2021 Ab 01.07.2021
Einzelmaßnahmen Systemische MaßnahmenFörderlandschaft ab 2021 I Stand 14.12.2020
Effizienzhausstandard Fördersatz Max. förderfähige Kosten
Gefördert wird der Neubau effizienter Wohngebäude, die das EH55 15% 120.000€ je Wohneinheit
energetische Niveau eines Effizienzhauses erreichen
EH55 mit EE / NH 17,5% 150.000€ je Wohneinheit
Hierbei sind alle gebäudebezogenen Investitionskosten ohne
EH40 20% 120.000€ je Wohneinheit
Transaktions- und Grundstückskosten förderfähig
Kredit (mit Teilschuldenerlass) oder Zuschuss wählbar EH40 mit EE / NH 22,5% 150.000€ je Wohneinheit
Effizienzhaus EE-Klasse erfordert min. 55% erneuerbare Energien, EH40+ 25% 150.000€ je Wohneinheit
NH-Klasse erfordert Nachhaltigkeitszertifikat
Kombination von EE-Klasse und Nachhaltigkeits-Klasse ist nicht Hinweise
möglich Durch die Erbringung einer Nachhaltigkeitszertifizierung, einer energetischen
Einbindung eines Energieberaters zwingend erforderlich Fachplanung oder Baubegleitung können die förderfähigen Kosten um die dafür
angefallenen Kosten erhöht werden (Fördersatz 50%)
Der Einsatz von Heizöl verhindert das Erreichen des Effizienz-
Bei Häusern mit 1-2 WE erhöht sich die Summe der max. förderfähigen Kosten um
hausstandards 10.000€, bei MFH um 4.000€ je WE (max. 40.000€)Förderlandschaft ab 2021 I Stand 14.12.2020
Use Case: Bau eines EFH auf KfW55-Standard mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe.
Förderung bis 31.12.2020 Förderung 01.01.-30.06.2021 Förderung ab 01.07.2021
15% Zuschuss bei max. 120.000 € 15% Zuschuss bei max. 120.000 €
förderfähigen Kosten förderfähigen Kosten
KfW
KfW
Bsp.: 18.000€ Förderung bei Bsp.: 18.000€ Förderung bei
BEG-Wohngebäude
Das BEG fördert Effizienzhäuser-55 mit
Ausschöpfung der 120.000€. Ausschöpfung der 120.000€.
EE-Klasse mit 17,5% Zuschuss bei max.
150.000 € förderfähigen Kosten
Bsp.: 26.250€ Förderung bei
35% Förderung für Wärmepumpen mit Ausschöpfung der 150.000€.
JAZ >4,5
BAFA
BAFA
BAFA entfällt
Bsp.: 8.400€ Förderung bei
24.000€ Kosten
26.400€ 18.000€ 26.250€Heizen mit Wärmepumpen Webinar Vielen Dank. Markus Geiger Schulungsleiter Süd Bosch Junkers DE Technische Beratung - Außendienst dominik.pierchalla@de.bosch.com Mobil: +49 173 5870771
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