Wärmepumpen heizen mit Wärme aus der umWelt
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wärmepumpen
heizen mit Wärme aus
der Umwelt
Energieeffizientes Bauen in Sachsen
>
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04 Einleitung 22 Innovative Ansätze
22 Erhöhung der Quellentemperatur durch Kühlung
06 Funktionsweise der Wärmepumpe 22 Kopplung mit Solarthermie oder anderen Formen
06 Funktionsweise der Umweltwärmenutzung
06 Kennwerte 22 Tiefere Bohrungen
07 Antriebsarten
09 Energiequellen 23 Anwendungsbeispiele
09 Geschlossene und offene Systeme 23 Freiberg „ACTech GmbH“ (Klimatisierung mit Erdwärme)
09 Erdwärmesonden 24 Dresden „Wohnen am Alaunpark“ (viele Sonden auf
09 Kollektoren engem Raum)
10 Energiepfähle/-körbe 25 Arnsdorf (Gas-Absorptionswärmepumpe)
10 Brunnen
26 Fazit
11 Entwicklung und Anwendung heute
11 Historische Entwicklung 27 Checkliste
11 Marktsituation
12 Wirtschaftlichkeit
12 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
14 Klimaschutz
14 Klimabilanz und Effizienz von Wärmepumpen
16 Gesetzliche Grundlagen
16 Förderung
17 Anzeigen und Genehmigung
19 Planung von Erdwärmeanlagen
20 VDI 4640
20 Simulation von Sondenfeldern
20 Geothermische Testarbeiten
21 Temperatur-Log
21 Thermal Response Test (TRT)
21 Pump- und Schluckversuche
21 Überwachung von Anlagen (Monitoring)
> Einleitung Abb. 1: Einfamilienhaus mit Erdwärmepumpenanlage in Dresden (Evaluierung Geothermieverbundprojekte Sachsen)
< In Zeiten, in denen Ressourcenknappheit fossiler Energieträger, steigende Energiepreise und Klimawandel immer mehr an Bedeutung gewinnen, müssen alternative energieeffizientere Möglichkeiten bei der Energieversorgung genutzt werden. Eine Möglichkeit ist die Nutzung der Umweltwärme im Boden und in der Luft. Diese Umweltwärme liegt aber auf einem niedrigen Tempe- raturniveau (2 bis 10°C), das für die Heizzwecke so nicht nutzbar ist. Wärmeenergie kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Soll diese „kalte‘‘ Energie aus der Umwelt zu Heizzwecken genutzt werden, so muss man das Temperaturniveau anheben. Die Umweltenergie wird deshalb in einem thermodynamischen Kreislauf auf ein höheres, für Heizzwecke nutzbares Temperatur- niveau angehoben (gepumpt). Für diesen Prozess ist ein drittes, höheres Energieniveau, die Antriebsenergie des Kreislaufs, erfor- derlich. Für die Maschinen zum Transport der Wärme hat G. Flügel 1920 den Begriff „Wärmepumpen“ geprägt.
> Funktionsweise der Wärmepumpe
Funktionsweise niedriger Temperatur vorliegende Umweltenergie auf ein für Heizung
und Warmwasserbereitung nutzbares Temperaturniveau zu heben.
Der Wärmepumpenkreislauf ist vergleichbar mit dem Prozess eines Das Verhältnis Antriebsenergie (ca. 25 %) zu Umweltenergie (ca. 75 %)
Kühlschrankes. Während im Kühlschrank den Lebensmitteln über ist von der Anlagenart und den Einsatzbedingungen abhängig.
den Verdampfer Wärme entzogen und vom Kältemittel aufgenommen
wird, entzieht die Wärmepumpe Wärmeenergie aus der Umwelt
(Erdwärmesonden, Grundwasser, Luft). Im Kühlschrank wird diese Kennwerte
Wärmeenergie über den Verflüssiger (Rückwand des Kühlschranks)
an die Raumluft und beim Wärmepumpenkreislauf als Nutzenergie Die Energieeffizienz des Wärmepumpensystems wird aus dem
an das Heizmedium abgegeben. Verhältnis der abgegebenen Nutzwärme zu der dem System
zugeführten Antriebsenergie ermittelt, deren Menge von der Tem-
Abb. 2: Funktionsprinzip der Wärmepumpe peraturdifferenz zwischen Wärmequelle aus der Umwelt und der
erforderlichen Heiztemperatur abhängig ist. Grundsätzlich gilt: Je
Heizwärme
kleiner die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle aus der
Umwelt und der erforderlichen Heiztemperatur ist, umso geringer
ist der Anteil der Antriebsenergie und damit umso größer die Energie-
effizienz der Anlage.
Es werden zwei verschiedene Kennzahlen unterschieden, die Leistungs-
zahl (COP) und die Arbeitszahl bzw. Jahresarbeitszahl.
Abb. 3: Leistungszahl und Jahresarbeitszahl
Antriebs- Aufgewendete elektrische
energie 45 °C
Leistung: 1 kW
Wärme-
pumpe
Abgegebene
Wärmeleistung aus Heizleistung:
der Umwelt: 3 kW 4 kW
5 °C abgegebene Heizleistung 4 kW
Leistungszahl = = = 4 > Hersteller-
angabe
aufgewendete elektrische Leistung 1 kW
Erdwärme
über 1 Jahr gewonnene Wärme
Jahresarbeitszahl = > tatsächliche
Energiebilanz
Die nutzbare Heizenergie setzt sich aus Umweltenergie und Antriebs- über 1 Jahr aufgewendete Energie
energie zusammen. Diese Antriebsenergie ist erforderlich, um die bei
< Die Leistungszahl definiert das Verhältnis von Heizleistung (in kW) Abb. 4: Kreislauf einer Kompressionswärmepumpenanlage zur reinen Antriebsleistung (in kW) bei definierten Rahmenbedin- gungen wie Wärmequellentemperatur, Heizvorlauftemperatur, Volumenströmen etc. Sie ist eine Herstellerangabe, die nur als Ori- entierung für den Vergleich der Energieeffizienz geeignet ist. Eine objektive Bewertung der Gesamtanlage ist die Jahresarbeitszahl. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis zwischen erzeugter Heizener- gie (in kWh), eingesetzter Antriebsenergie und verbrauchter Energie aller Komponenten der Anlage (Umwälzpumpen, Ventilatoren etc.) in- nerhalb eines Jahres. Nur nach dieser Berechnung ist eine wirkliche Bewertung der Energieeffizienz möglich, da hier auch Einflussgrößen wie Anlagenspezifikation, Jahresverlauf der Wärmequellentempe- ratur und eventueller Anteil der Warmwasserbereitung einfließen. Antriebsarten Gebräuchliche Wärmepumpenanlagen werden nach Kompressions- anlagen mit Elektro- oder Verbrennungsmotor und Sorptionsanlagen unterschieden. Derzeit haben Kompressionsanlagen mit elektro- motorischem Antrieb die größte Verbreitung. Die Kompressionswärmepumpenanlage besteht aus den Kompo- nenten Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Entspannungsventil. Träger für die Wärmeenergie ist ein Kältemittel mit einem extrem niedrigen Siedepunkt. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme aus der Umwelt ten auf den gleichen physikalischen Prinzipien. Sorptionswärme- auf und wird dadurch gasförmig. Der Verdichter komprimiert mit- pumpen werden in der Regel mit Erdgas betrieben, es können jedoch tels externer Antriebsenergie das gasförmige Kältemittel und auch andere Wärmequellen (Fernwärme, Strom) eingesetzt werden. bringt dieses auf ein höheres Temperaturniveau. Im Verflüssiger Sorptionswärmepumpen unterteilt man in Absorptions-(griech. kondensiert das Kältemittel unter hohem Druck bei gleichzeitiger Aufsaugen) und Adsorptions-(griech. Anlagern) anlagen. Abkühlung und gibt dabei die Wärmeenergie an das Heizmedium Beim Prinzip der Absorption wird im Absorber ein schon bei niedriger ab. Über das Entspannungsventil gelangt das flüssige Kältemittel Temperatur und niedrigem Druck verdampfendes Kältemittel von einer zurück in den Verdampfer und der Kreislauf beginnt erneut. Lösungsflüssigkeit aufgenommen (aufgesaugt). Eine Lösungsmit- Im Unterschied zu Kompressionswärmepumpen mit mechanischer telpumpe sorgt für den Transport dieser Stoffpaarlösung zum soge- Verdichtung erfolgt bei Sorptionswärmepumpen eine thermische nannten Austreiber. Da die Löslichkeit von Druck und Temperatur Verdichtung des Kältemittels, d. h., die Antriebsenergie wird als abhängig ist, wird hier die Lösung erhitzt und das Kältemittel mit Wärmeenergie zugeführt. Der Kältemittelkreislauf basiert ansons- der geringeren Siedetemperatur gelöst und wieder verdampft. Der
>
Abb. 5: Kreislauf einer Gasadsorptionswärmepumpenanlage Abb. 6: Kreislauf einer Gasabsorptionswärmepumpenanlage
Rücklauf 40°
Zyklus 2 Zyklus 1
9
Vorlauf
50°C
2 1
2 8
1
1
7 2 3
4
4
6
3 3 5
5°C 10°C
Wärmequellen
Luft Grundwasser
Sonne und Erdwärme
Regen
1 Wärmetauscher mit Zeolith 4 Wärmeabgabe 1 Austreiber 4 Rieselrohr 7 Ventil
2 Erdgasbrenner (an das Heizsystem) 2 Erdgasbrenner 5 Absorber 8 Kondensator
3 Wärmetauscher 3 Pumpe 6 Verdampfer 9 Heizung
(als Verflüssiger)
Kältemitteldampf, der nun ein hohes Druck- und Temperaturniveau Wasser und Adsorptionsmitteln wie Zeolith (kristalline Alumosili-
aufweist, gelangt über den Kreislauf Kondensator (Wärmeabgabe), kate, die in zahlreichen Modifikationen (Polymorphie) in der Natur
Entspannungsventil (Druckreduzierung), Verdampfer (Wärmeauf- vorkommen).
nahme) zurück in den Absorber. Da bei diesem Prozess als Sorptionsmittel ein fester Stoff genutzt
Bei Adsorptionswärmepumpen wird ein fester Stoff als Sorptionsmittel wird, läuft der Prozess periodisch ab, und es werden mehrere
genutzt, an dem das Kältemittel ad- und anschließend wieder desorbiert. Module kombiniert. Die Adsorptionswärmepumpe arbeitet wie die
Dabei funktionieren sie mit dem völlig umweltverträglichen Kältemittel anderen Wärmepumpen in einem Kreisprozess, jedoch unter der
<
Voraussetzung eines Vakuumsystems, weshalb der apparative Auf- zität, ist auch das Vorhandensein und die chemische Beschaffenheit
wand bei dieser Wärmepumpen-Bauart recht hoch ist. von Grundwasser dafür entscheidend, welches System am besten
passt. In den meisten Fällen sind dies die Erdwärmesonden.
Derzeit sind Adsorptionswärmepumpen in kleinerer Bauform von 5
bis 25 kW noch in einer Versuchsphase, während sie als Kältema-
schinen mit großer Leistung für Prozesskälte und Klimatisierung Erdwärmesonden
bereits Verwendung finden.
Der Vollständigkeit halber soll hier noch die Vuilleumier-Wärme- Als Sonden kommen in den meisten Fällen Doppel-U-Rohre mit
pumpe erwähnt werden. Sie arbeitet mit einem über Erdgas thermisch 32 mm oder 40 mm Außendurchmesser aus Polyethylen (PE) zum
angetriebenen regenerativen Gas-Kreis-Prozess und dem Arbeits- Einsatz, welche in eine vorher niederzubringende Bohrung eingebaut
medium Helium und nutzt dabei beispielsweise die Außentemperatur und abschließend mit einem Verpressmaterial verfüllt werden.
als Wärmequelle. Derzeit haben jedoch keine Wärmepumpen dieser In diesem geschlossenen System zirkuliert ein für Umwelt und
Bauart eine Serienreife erreicht. Grundwasser unbedenkliches Wasser-Glykol-Gemisch.
Erdwärmesonden müssen in ihrer Tiefe so dimensioniert werden,
dass eine natürliche Regeneration des Untergrundes ermöglicht
Energiequellen wird, um die Effizienz des Systems langfristig zu wahren. Ist dies
gewährleistet, arbeitet das System ohne Abstriche über einen be-
Die Energiequelle für die Wärmepumpe ist in jedem Fall kostenlose liebig langen Zeitraum. Bei Bohrtiefen von mehr als 100 Metern
„Umgebungsenergie“, welche nach menschlichem Ermessen in ist eine bergrechtliche Genehmigung erforderlich. Als Platzbedarf
unendlicher Menge zur Verfügung steht. sind Freiflächen für die Bohrungen erforderlich. Bei Bedarf können
Dies kann im einfachsten Fall die Außen- oder Innenluft (Keller) sein. die Flächen später überbaut werden.
Effektiver, da geringeren Temperaturschwankungen im Jahresgang
unterlegen, ist in jedem Fall die Nutzung des Untergrundes. Dabei
kommen Nutzungen des Grundwassers (über Brunnenanlagen) und Kollektoren
des Bodens/Gesteins (über Sonden und Kollektoren) in Frage.
Erdwärmekollektoren werden horizontal ca. 120 cm tief, also
frostsicher, verlegt und funktionieren genauso wie die Sonden nach
Geschlossene und offene Systeme dem Prinzip des geschlossenen Systems. Wie groß die Kollektorfläche
sein muss, hängt wesentlich von der Regenwasserdurchlässigkeit
Zur Nutzung der Erdwärme gibt es verschiedene technische Möglich- der Bodenschichten ab. Durch den Bauherrn können Teile der
keiten. Man unterscheidet zwischen „offenen Systemen“ (Brunnen- Arbeiten, z. B. das Ausschachten der benötigten Flächen, als Eigen-
anlagen) und „geschlossenen Systemen“ (Erdwärmesonden, Flächen- leistung ausgeführt werden. Ein Nachteil der Erdwärmekollektoren
kollektoren, Energiepfähle und –körbe). In jedem Fall bedienen diese ist der hohe Flächenbedarf. Außerdem ist zu beachten, dass die
Quellen eine Wärmepumpe, welche dann die Wärmeversorgung benutzten Flächen nicht überbaut werden dürfen.
gewährleistet. Die Wahl des Systems hängt entscheidend von den Un-
tergrundverhältnissen am Standort ab. Neben den geophysikalischen
Eigenschaften der Gesteine, wie Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapa-
> 10
Abb. 7: Erdwärmesondensystem Abb. 8: Erdwärmekollektoranlage Abb. 9: Förderbrunnensystem
Energiepfähle/-körbe die Wärme entzieht. Das abgekühlte Wasser wird danach in einen
Schluckbrunnen zurückgeleitet. Lage und Abstand der beiden
Es existiert eine Vielzahl von Sonderformen oberflächennaher Brunnen sind abhängig von der Fließrichtung, dem Gefälle und der
Systeme, welche eine Übergangsform zwischen Sonden und Kollek- Fließgeschwindigkeit des Grundwassers. Weiterhin ist die chemische
toren darstellen. Bei Energiepfählen werden Gründungspfähle zur zusammensetzung des Grundwassers zu berücksichtigen, da es
Verbesserung der Standsicherheit von Gebäuden genutzt, welche sich hierbei um ein „offenes System“ handelt, bei dem die Wärme-
ohnehin aus statischen Gründen installiert werden und somit keine tauscher direkt mit dem Grundwasser in Berührung kommen.
Mehrkosten darstellen.
Energiekörbe haben auf Grund der kompakten Bauweise (mehr
Rohrmeter) eine höhere Effizienz als Kollektoren, die „Speisung“
erfolgt jedoch genau wie bei den Kollektoren über das Regen- und
Grundwasser.
Brunnen
Über einen Förderbrunnen wird Grundwasser aus dem Boden
entnommen und der Wärmepumpe zugeführt, welche dem WasserEntwicklung und Anwendung heute 11 <
Historische Entwicklung Marktsituation
Nachdem der französische Physiker Carnot 1824 entdeckt hatte, Generell können Wärmepumpenheizungen heutzutage als technisch
dass bei einem Temperaturgefälle mittels einer Maschine Wärme in ausgereift und flächenhaft verbreitet angesehen werden. Die Verbrei-
mechanische Energie umgewandelt werden kann, glaubte er, dass tung am Markt war in den vergangenen Jahren stark von den energie-
dieser Prozess auch umkehrbar sein müsste. politischen Rahmenbedingungen und den Energiekosten für den
1834 baute der Amerikaner Jacob Perkins die erste Kompressions- Nutzer abhängig.
kältemaschine und 1852 wies Lord Kelvin nach, dass Kältemaschinen In den letzten Jahren ist es zu einem sprunghaften Anstieg der
auch zum Heizen verwendet werden können und dabei weniger Verkaufszahlen von Wärmepumpen gekommen, was teilweise zu
Primärenergie verbrauchen als beim direkten Heizen. Dies liegt Engpässen geführt hat. Es ist jedoch davon auszugehen, dass sich
daran, dass die von der Wärmepumpe aufgenommene Wärmeenergie die Industrie hinsichtlich Lieferzeiten für Wärmepumpen und hin-
aus der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) stammt und daher sichtlich der verfügbaren Bohrkapazitäten darauf eingestellt hat.
einen Energiegewinn bringt. Der Freistaat Sachsen gehört mit seiner Anzahl installierter Anlagen
nicht zuletzt aufgrund der weithin guten geologischen Vorausset-
Abb. 10: Zürcher Rathaus zungen und der klaren genehmigungsrechtlichen Rahmenbedin-
gungen zu den führenden Bundesländern. Gegenwärtig (Stand
Dezember 2008) sind etwa 7.500 erdgekoppelte und 1.500 Luft-
Wärmepumpen im Freistaat installiert.
Abb. 11: Absatzzahlen bundesweit von 2003 bis 2008
70.000
60.000 4.457
50.000
3.245
4.419
40.000
28.002
Die erste Wärmepumpe zu Heizzwecken setzte 1932 der Amerikaner 30.000
15.056 17.748
Willis Carrier in der Hauptverwaltung der Fuji Electric in Tokio ein.
20.000
1938 ging für die Beheizung des Zürcher Rathauses eine große Wär- 2.276
1.403 5.056
mepumpenanlage in Betrieb, die mit Flusswasser arbeitet und heu- 10.000
1.152
3.043
2.396
te die älteste Anlage ihrer Art darstellt. In Indianapolis wurde 1945 6.197 8.190 11.155 24.239 23.640 29.993
die erste erdgekoppelte Wärmepumpe der Welt installiert und 10 0
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Jahre später kamen in Mitteleuropa die ersten Grundwasser-Wär- 9.745 12.636 18.487 43.955 44.633 62.452
mepumpen zum Einsatz. 1970 wurde erstmals ein Flächenkollektor
Wasser/Wasser
als Wärmequelle für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe verwendet Luft/Wasser
und 1980 folgten die ersten Erdwärmesonden. Sole/Wasser> Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Aus dem Diagramm wird ersichtlich, dass sich die höheren Investi-
tionskosten von Wärmepumpen im Verlauf der Anlagennutzung durch
Abb. 12: Spezifische Investitions- und Betriebskosten verschie- die geringeren Betriebskosten nach ca. 13 bis 16 Jahren amortisieren.
dener Heizanlagensysteme Bei einer Nutzungszeit von 25 bis 30 Jahren ist unter dem Strich mit
einer deutlichen Kostenersparnis zu rechnen.
Investition Verbrauch + Betrieb
(Euro/kW) (Euro/kWh)
Diese Werte können aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren
wie Anlagenart, Wirkungsrad, Jahresarbeitszahl, Wärmebedarf,
Wärmepumpe
ca. 2.450 0,067 Warmwasserverbrauch und Betriebsweise differieren und sind nur
Sole/Wasser
als Orientierung zu verstehen. Auf jeden Fall muss mit der Planung
einer Wärmepumpenanlage eine Wirtschaftlichkeitsberechnung
Wärmepumpe
ca. 2.100 0,085 anhand der tatsächlichen Rahmenbedingungen und möglichen Anla-
Luft/Wasser
genkonfiguration erfolgen. Die Energiepreise unterliegen je nach
Erdgas Energieträger in letzter Zeit stärkeren Schwankungen, so dass es
ca. 1.500 0,117 sinnvoll ist, mit mehreren Szenarien zu rechnen.
Brennwert
Eine gute Grundlage für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer
Holzpellets ca. 2.000 0,089
Investition stellt die VDI-Richtlinie 2067 dar. Wichtig ist, dass die
Kapitalkosten der Investition berücksichtigt werden.
Heizöl NT ca. 1.600 0,112
Investition und Betriebskosten während der Anlagennutzungszeit sind
die entscheidenden Faktoren bei einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
von Wärmepumpen im Vergleich zu anderen Heizungsanlagen.
Für den folgenden Vergleich wurde ein Neubau mit 140 m2 Nutzfläche,
einem Heizwärmebedarf von 12.500 kWh/Jahr und einem Warm-
wasserenergieverbrauch von ca. 3600 kWh/Jahr angenommen.
Dabei wurden die durchschnittlichen Kosten für die Investition in Euro
pro installiertem kW und die Betriebs- und Verbrauchskosten in Euro
pro kWh Wärmeverbrauch für die am häufigsten genutzten elektrisch
betriebenen Wärmepumpentechniken Sole/Wasser und Luft/Wasser
sowie für Öl-, Erdgas- und Pelletsheizungsanlagen ermittelt (Stand 4.
Quartal 2008). Dabei wurden die Energiepreise der regionalen Versor-
ger und spezielle Wärmepumpentarife berücksichtigt.13 <
Abb. 13: Gesamtkostenentwicklung verschiedener Heizsysteme
50.000 Euro
45.000 Euro
40.000 Euro
35.000 Euro
30.000 Euro
Wärmepumpe
Sole/Wasser
44.600 Euro
25.000 Euro
Gas
Brennwert
50.200 Euro
20.000 Euro
Holzpellets
46.900 Euro
15.000 Euro
10.000 Euro
0 5 10 15 20 25
Anlagennutzungsdauer in Jahren> Klimaschutz
Klimabilanz und Effizienz von der Erzeugung und Verteilung von Strom als Antriebsenergie min-
dern die Gesamtbilanz der Energieeffizienz bei elektrisch angetrie-
Wärmepumpen benen Wärmepumpen. Denn trotz Jahresarbeitszahlen von 3,5 ist ein
Primärenergieeinsatz von ca. 80 Prozent bei der Wärmeerzeugung
Durch den Einsatz erneuerbarer Energien in Form von Wärmepumpen erforderlich. Für die Gasmotorwärmepumpe ergeben sich bei
bei der Wärmeerzeugung lassen sich Einsparungen von Primär- annähernd gleichen Leistungszahlen hingegen deutlich geringere
energie und damit Verminderungen der CO2-Emissionen erreichen. Verluste, während sich die Gas-Absorptionswärmepumpe aufgrund
Ein Vergleich verschiedener Wärmepumpenanlagen mit anderen der niedrigeren Jahresarbeitszahl mit 80 Prozent Primärenergie-
Wärmeerzeugungstechnologien zeigt die Unterschiede beim Primär- einsatz bei der elektrisch getriebenen Wärmepumpe einordnet.
energieeinsatz auf.
Wärmepumpen leisten durch effizientere Nutzung der Primärenergie
und den damit verbundenen CO2-Einsparungen einen Beitrag zum
Klimaschutz. Dabei hat die Gasmotorwärmepumpe das höchste
Einsparpotential, während sich für die Stromwärmepumpe perspek-
tivisch mit der geplanten Steigerung des Anteils an Kraft-Wärme-
Kopplung bei der Stromerzeugung und dem Einsatz erneuerbarer
Energien die Bilanz noch deutlich verbessern kann.
Nicht unerwähnt bleiben soll der überwiegende Einsatz von in den
Kältemitteln enthaltenen Fluorkohlenwasserstoffen, die die Ozon-
schicht zwar nicht schädigen, jedoch ein hohes Treibhauspotential
besitzen. Bei geschlossener Anlagentechnik, regelmäßiger Wartung
und Kontrolle sowie vorschriftsmäßiger Entsorgung ist das Gefähr-
dungspotential jedoch als relativ gering einzuschätzen.
Während für die Wärmerzeugung mit herkömmlichen Heizungsan-
lagen und den fossilen Energieträgern Erdgas und Erdöl der Primär-
energieaufwand 109 bzw. 117 Prozent beträgt, fällt der Anteil bei
Wärmepumpen mit 67 bis 80 Prozent bedeutend geringer aus.
Dabei fällt auf, dass die am weitesten verbreitete Stromwärme-
pumpe bei guten Jahresarbeitszahlen hinsichtlich des Primärener-
gieeinsatzes mit der Gasabsorbtion vergleichbar ist. Die Verluste bei15 <
Abb. 14: Primärenergieeinsatz verschiedener Heizsysteme
Primär- 178 % Abwärme und Heizungs-
Verteilverlust
energie energie
Kraftwerk Elektroheizung
Elektroheizung 278 % η=0,36 100 % 100 % 100 %
η=1
7 % stoffliche Verluste 10 % Abgase
Öl-Niedertemperatur- Raffinerie Ölkessel
117 % 110 % 100 % 100 %
Heizung η=0,94 η=0,91
7 % stoffliche Verluste 2 % Abgase
Erdgas-Brennwert- Gasversorgung Erdgaskessel
109 % η=0,94 102 % 100 % 100 %
Heizung η=0,98
54 % Abwärme und
Verteilverlust
Kraftwerk Stromwärmepumpe
Stromwärmepumpe 80 % η=0,36 29 % є=3,5 100 % 100 %
70 % Umgebungswärme
5 % stoffliche Verluste
Gasabsorptions- Gasversorgung Absorptionswärmepumpe
80 % 75 % 100 % 100 %
wärmepumpe η=0,94 ζ =1,5 / ηAus=0,09
25 % Umgebungswärme
4 % stoffliche Verluste 10 % Abgase Motor-
wärme
Gasmotor- Gasversorgung Gaswärmepumpe 34 %
67 % 63 % 100 %
wärmepumpe η=0,94 є=3,5 / ηm=0,3 66 %
Wärme-
47 % Umgebungswärme pumpe> Gesetzliche Grundlagen
Förderung Abb. 15: Förderung über das Bundesamt für Wirtschaft und Aus-
fuhrkontrolle (BAFA)
Förderung durch den Bund Wärmepumpen Luft/Wasserwärme-
(außer Luft/Wasser) pumpen
Innerhalb der nationalen Klimaschutzinitiative des Bundes erfolgt
im Bereich Energie eine Förderung über das Bundesamt für Wirt- Neubau von Wohnge- 10 Euro je m² 5 Euro je m²
schaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). In diesem Zusammenhang bäuden mit bis zu 2 Wohnfläche Wohnfläche
Wohneinheiten max. 2000 Euro je max. 850 Euro je
fördert das BAFA über das sogenannte Marktanreizprogramm die
Wohneinheit Wohneinheit
Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt. Förderfähig sind
effiziente Wärmepumpen für die Warmwasserbereitung und die
Bereitstellung des Heizwärmebedarfs eines Gebäudes. Neubau von Wohnge- 10 Euro je m² 5 Euro je m²
Bei Neubauten beträgt die Förderung in Wohngebäuden 10 Euro je bäuden mit mehr als beheizter Nutzfläche beheizter Nutzfläche
2 Wohneinheiten und max. 10 % der Investi- max. 10 % der Inves-
Quadratmeter Wohnfläche, in Nichtwohngebäuden 10 Euro je Qua- Nichtwohngebäuden tionskosten titionskosten
dratmeter beheizter Nutzfläche. Die Förderung beträgt bei Wohn-
gebäuden höchstens 2.000 Euro je Wohneinheit. Bei Wohngebäuden
mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei Nichtwohngebäuden ist Bestehende Wohn- 20 Euro je m² 10 Euro je m²
gebäude mit bis zu 2 Wohnfläche Wohnfläche
die Förderung auf 10 Prozent der nachgewiesenen Nettoinvesti-
Wohneinheiten max. 3000 Euro je max. 1500 Euro je
tionskosten für die Wärmepumpenanlage begrenzt. Wohneinheit Wohneinheit
Für Luft/Wasserwärmepumpen im Neubau beträgt die Förderung
5 Euro je Quadratmeter Wohnfläche, in Nichtwohngebäuden 5 Euro Bestehende Wohnge- 20 Euro je m² 10 Euro je m²
bäude mit mehr als beheizter Nutzfläche beheizter Nutzfläche
je Quadratmeter beheizter Nutzfläche. Die Förderung beträgt bei 2 Wohneinheiten und max. 15 % der Investi- max. 10 % der Investi-
Wohngebäuden höchstens 850 Euro je Wohneinheit. Bei Wohngebäuden Nichtwohngebäude tionskosten tionskosten
mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei Nichtwohngebäuden ist die
Förderung auf 10 Prozent der nachgewiesenen Nettoinvestitionskos-
Kombinationsbonus + 750 Euro bei gleichzeitiger Errichtung mit
ten begrenzt.
Solarkollektoranlage
Im Gebäudebestand beträgt die Förderung mit Ausnahme von Luft/
Wasserwärmepumpen in Wohngebäuden 20 Euro je Quadratme- Innovationsförderung Erhöhung der Fördersätze und Fördergrenzen
ter Wohnfläche, in Nichtwohngebäuden 20 Euro je Quadratmeter um 50 % bei einer Mindestjahresarbeitszahl von
4,7 in Neubauten und 4,5 im Gebäudebestand
beheizter Nutzfläche. Die Förderung beträgt bei Wohngebäuden
höchstens 3.000 Euro je Wohneinheit. Bei Wohngebäuden mit mehr
als zwei Wohneinheiten und bei Nichtwohngebäuden ist die Förde- Für Gebäude mit Reduzierung der Förderhöhe um 25 %
rung auf 15 Prozent der nachgewiesenen Nettoinvestitionskosten Bauantrag bzw. Bau-
anzeige nach dem 31.
für die Wärmepumpenanlage begrenzt.
Dezember 200817 <
Für Luft/Wasserwärmepumpen im Gebäudebestand beträgt die För- • mindestens 5.000 Euro insgesamt
derung 10 Euro je Quadratmeter Wohnfläche, in Nichtwohngebäu- • maximal 50.000 Euro je Wohneinheit des geförderten
den 10 Euro je Quadratmeter beheizter Nutzfläche. Die Förderung Wohngebäudes
beträgt bei Wohngebäuden höchstens 1.500 Euro je Wohneinheit. Bei
Gebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten und bei Nichtwohnge- Laufzeit: 20 Jahre
bäuden ist die Förderung auf 10 Prozent der nachgewiesenen Netto-
investitionskosten begrenzt. Zinssatz bei Unterschreitung der Mindestanforderungen der Energie-
einsparverordnung (EnEV):
Bonusförderungen • 1.-10. Jahr 2,0 %
• ab dem 11. Jahr 3,5 %
Wird gleichzeitig eine nach diesen Richtlinien geförderte Solarkol-
lektoranlage errichtet, so kann zusammen mit dem Solarantrag ein Zinssatz bei Erreichen der Anforderungen der EnEV an ein Neubau-
Kombinationsbonus in Höhe von 750 Euro beantragt werden. vorhaben:
• 1.-20. Jahr 1,5 %
Innovationsförderung
Zuschuss für energetische Bewertung
Wird bei Anlagen in Neubauten eine Jahresarbeitszahl von min-
destens 4,7 und im Gebäudebestand eine Jahresarbeitszahl von Zuschusshöhe:
mindestens 4,5 nachgewiesen, so erhöhen sich die Fördersätze und • 100 % der nachgewiesenen Ausgaben für die energetische
Fördergrenzen um 50 Prozent. Bewertung
• maximal 500 Euro je Wohngebäude
Sächsisches Energiespardarlehen: Antrag und Ausgabe über die
SAB Förderbank
Innerhalb des Sächsischen Energiespardarlehens wird für die Durch- Anzeigen und Genehmigung
führung von Sanierungsmaßnahmen an bestehenden Wohngebäuden
auf der Basis einer energetischen Bewertung ein öffentliches Darlehen Anlagen zur Nutzung von Erdwärme bedürfen generell der An-
und für die energetische Bewertung ein Zuschuss gewährt. zeige und Genehmigung bei der Unteren Wasserbehörde des
Die zinsgünstigen Darlehen sowie der Zuschuss zur energetischen Landkreises (Wasserhaushaltsgesetz) sowie in speziellen Fällen
Bewertung im Förderprogramm „Sächsisches Energiespardarlehen“ (Bohrtiefen >100 m bzw. Nutzung des Bodenschatzes „Erdwärme“
stellen eine Deminimis-Beihilfe (bei der Europäischen Kommission außerhalb des eigenen Grundstücks) einer bergrechtlichen Geneh-
nicht anmeldungs- und genehmigungspflichtig) dar. migung beim Sächsischen Oberbergamt (Bundesberggesetz). Die
Erdaufschlüsse müssen darüber hinaus vor Beginn der Arbeiten
Sächsisches Energiespardarlehen und nach Vorliegen der Ergebnisse beim Geologischen Dienst
(Lagerstättengesetz) angezeigt werden. In der Regel kann vier
Darlehenshöhe: Wochen nach Einreichung der Unterlagen mit den Arbeiten be-
• maximal 90 % der förderfähigen Kosten gonnen werden.> 18
Abb. 16: Zulassungsverfahren für ein Erdwärmepumpenvorhaben
Vorhaben Erdwärmesondenanlage
Bohrung > 100 m Vorhaben grundstücksübergreifend
spätestens 1 Monat vor Bohrbeginn spätestens 2 Wochen vor Bohrbeginn spätestens 2 Wochen vor Bohrbeginn
Anzeige/Antrag bei der unteren Wasserbehörde Anzeige im Bohrar- Anzeige beim Säch- bergrechtliches Ge-
chiv des Sächsischen sischen Oberbergamt nehmigungsverfahren
Landesamtes für (SOBA) beim SOBA
Umwelt und Geologie
Prüfung hydrogeologischer und wasserrechtlicher
Kriterien
Ablehnung des wasserrechtliche Er- keine wasserrecht- Bestätigung der Ablehnung der
Vorhabens laubnis (für Bohrung) liche Erlaubnis Anzeige (Regelfall) Vorhabens
notwendig
Bohrung
Wasserrecht: Lagerstättengesetz:
evtl. wasserrechtliche Mitteilung der
Abnahme Bohrergebnisse an
Bohrarchiv
vom Antragsteller durchgeführt
von Behörde durchgeführt
Inbetriebnahme der
Freigabe ggf. nach Erfüllung von
Anlage AuflagenPlanung von Erdwärmeanlagen 19 <
Die Nutzung von Erdwärme mittels Wärmepumpen ist zwar eine relativ erwünscht ein. Zu viel Bohrmeter bedingen einen unnötig hohen
einfache Technologie, erfordert jedoch immer das Zusammenspiel von Investitionsbedarf.
mehreren Gewerken (Planer, Haustechniker und Bohrfirmen/Brunnen-
bauer). Daher ist darauf zu achten, dass die ausführenden Unternehmen Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Fachplanung ist die räumliche
die in ihrer Branche gültigen Zulassungen und Zertifizierungen besitzen. Anordnung der Erdwärmesonden. Ein zu geringer Abstand führt zur ge-
genseitigen Beeinflussung. Bei begrenzten Platzverhältnissen (Berück-
Die fachgerechte Planung spielt bei der Errichtung von Systemen sichtigung des Grenzabstands zum Nachbarn) kann dieser Sachverhalt
zur Erdwärmenutzung neben der Bohrtechnik und der Haustechnik für die Wahl der Bohrtiefe entsprechend berücksichtigt werden.
eine wesentliche Rolle. Sind die erforderliche Bohrtiefe und Lage der Bohrungen einmal
ermittelt, können die entsprechenden Anträge bei den Behörden
Zur Planung gehört in erster Line die exakte Festlegung der erfor- gestellt werden und vergleichbare Angebote bei Bohrunternehmen
derlichen Bohrtiefe. Zu geringe Bohrmeter bedingen eine zu starke eingeholt werden.
Auskühlung des Untergrundes, somit eine unzureichende Regene-
ration der Sonden und im Endeffekt sinkende Untergrundtemperaturen Das Vorgehen bei der Planung von geothermischen Anlagen lässt
über die Betriebsdauer der Anlage. Damit sinkt die Jahresarbeitszahl sich in sieben Schritte zusammenfassen:
und die erhofften Betriebskostenreduzierungen treten nicht wie
Abb. 17: Planungsschritte für eine Wärmepumpenanlage
möglicher Abbruch,
1. Energiebedarf ermitteln 2. Untergrund bewerten
da nicht machbar
3. Machbarkeit betrachten
4. Anlage planen
möglicher Abbruch,
5. Testarbeiten da ungünstige
Untergrundbedingungen
6. Genehmigung
7. Anlage errichten
8. Anlage überwachen> 20
VDI 4640 Abb. 18: Temperaturverteilung über die Tiefe
Grundlage für die Planung von Erdwärmesystemen in Deutschland
ist die VDI 4640. In ihr werden sämtliche Sachverhalte rund um die Tiefe (m) Temperatur (°C)
Geothermienutzung ausführlich beschrieben. Für einfache Fälle
(Einfamilienhaus) werden in Abhängigkeit von Wärmebedarf und den 0 5 10 15 20
geologischen Verhältnissen am Standort Richtwerte zur erforderlichen
Bohrungstiefe gegeben. 0
5
Simulation von Sondenfeldern
10
Auf Grundlage der geothermischen Untergrundverhältnisse kann
die Auslegung der Erdwärmesonden oder Brunnen mit Hilfe von Winter
15
speziellen „Simulationsprogrammen“ durchgeführt werden. Dies Frühjahr
ist bereits für Anlagen > 15 kW empfehlenswert. Im Ergebnis die- Sommer
20
ser Simulation erhält der Bauherr genaue Angaben zur erforder- Herbst
lichen Bohrtiefe und zum Bohrungsabstand sowie eine Prognose
der Temperaturen im Untergrund. Als Fachsoftware stehen weltweit 50
anerkannte PC-Programme, wie z. B. EED, EWS oder GED, zur 100
Verfügung.
200
Geothermische Testarbeiten 300
Geothermische Testarbeiten können das Planungsrisiko erheblich Tieferer
400 Untergrund
reduzieren und dem Kunden Sicherheit für den späteren Betrieb
geben. Die höhere Planungssicherheit rechtfertigt somit die an-
fallenden Mehrkosten. 0 - 15 m saisonal beeinflusst
(Winter kalt, Sommer warm)
So steht der Thermal Response Test zur Bestimmung der mittleren
Wärmeleitfähigkeit, des Bohrlochwiderstandes und der ungestör- 15 - 50 m neutrale Zone
ten Untergrundtemperatur zur Verfügung. Mittels Temperatur-Log (konstante Temperaturen)
kann die Temperaturverteilung über die Tiefe gemessen werden.
Beide Tests finden an fertig installierten Pilotbohrungen statt, ab 50 m geothermische Tiefenstufe
welche dem späteren Sondenfeld uneingeschränkt zur Verfü- (ca. 3 K/100 m)
gung stehen und somit keine Mehrkosten darstellen.21 <
Abb. 19: Thermal Response Test (TRT)
Thermal Response Test (TRT)
Beim TRT wird über einen festgelegten Zeitraum (meist 72 Stun-
den) eine definierte Wärmemenge über die Erdwärmesonde auf das
umgebende Gestein übertragen und die Antwort (thermal response)
gemessen. Aus den Messkurven können exakte gesteinsspezifische
Parameter (Wärmeleitfähigkeit) für den Standort und für die Erdwär-
mesonde (Bohrlochwiderstand) ermittelt werden, welche wichtige Ein-
gangsgrößen für Simulationsprogramme wie EED und EWS bilden. Mit
dem TRT können weiterhin Angaben zur mittleren Untergrundtempe-
ratur sowie zur tatsächlichen Einbautiefe der Erdwärmesonde getätigt
werden.
Pump- und Schluckversuche
Leistungspumpversuche werden für offene Systeme am fertigen
Entnahmebrunnen durchgeführt und dienen zur Ermittlung der
langfristig sicherzustellenden Wassermenge. Ein vergleichbares
Verfahren dient zum Nachweis der Versickerungsfähigkeit am
Schluckbrunnen.
Überwachung von Anlagen (Monitoring)
Über ein entsprechend konzipiertes Monitoringsystem soll der jewei-
lige Nutzer jederzeit in die Lage versetzt werden, den thermischen
Zustand der Erdwärmesonden zu erfassen. So lassen sich mögliche
Abweichungen vom geplanten Lastverlauf bzw. von der simulierten
Temperatur-Log Temperaturentwicklung im Untergrund erkennen, um gegebenen-
falls steuer- und regeltechnisch eingreifen zu können.
Bei diesem tiefengenauen Temperaturprofil erhält man Angaben
über die tatsächliche Temperaturverteilung im Untergrund, welche
von den oftmals verwendeten Literaturwerten deutlich abweichen
kann. Auf dieser Basis können Aussagen über die weiteren Bohrtiefen
für das spätere Sondenfeld getätigt werden.> Innovative Ansätze Erhöhung der Quellentemperatur Abb. 20: Kopplung von Erdwärme mit Solarwärme durch Kühlung Bei dem Prinzip der „freien Kühlung“ wird im Kühlfall Wärme in das Sondensystem eingetragen, diese erwärmt das umliegende Festge- stein und wird im Bereich des Sondenfeldes saisonal gespeichert. Beim nachfolgenden „Ausspeichern“ für den Heizfall ist die Vor- lauftemperatur aus den Sonden gegenüber der natürlichen Unter- grundtemperatur erhöht, was wiederum zu einer deutlich höheren Effektivität der Wärmepumpe und damit zu sinkenden Betriebskos- 1 ten führt. Kopplung mit Solarthermie oder anderen Formen der Umweltwärmenutzung Ähnlich wie bei der Kühlung können natürlich auch andere Formen verfügbarer Wärme am Standort (Abwärme aus Industrieprozessen, Überschuss solarer Wärme etc.) eingesetzt werden. Die Zielstel- lung besteht darin, diese sonst ungenutzte und oftmals nutzlos in 1 Pufferspeicher die Umwelt abgegebene Wärme im Untergrund zwischenzuspei- Vorteil: Regeneration der Erdsonde, dadurch weniger Bohrmeter chern. erforderlich (geringere Investition) Bei der Kopplung mit solarthermischen Anlagen kann eine Erhö- hung der Anlageneffektivität dadurch erzielt werden, dass die Warmwasserbereitung nur in seltenen Fällen durch die Wärme- Tiefere Bohrungen pumpe erfolgen muss und somit geringere Vorlauftemperaturen erforderlich sind. Mit der Errichtung tieferer Bohrungen (bis ca. 300 m) können deutlich Gerade diese Speicherung von Wärme in den Untergrund und die erhöhte Untergrundtemperaturen erschlossen werden. Eine Zunahme zeitversetzte Rückführung der Energiemenge in den Heizprozess der Quellentemperatur bewirkt eine Verringerung der Temperatur- stellt den innovativen und wirtschaftlich interessanten Teil einer differenz zum Heizsystem und führt damit zu einer sehr effektiven solchen Anlage dar. Der natürliche Untergrund wirkt wie ein großer Arbeitsweise der Wärmepumpe. „Pendelspeicher“. Bei Anlagen dieser Art muss jedoch beachtet werden, dass Bohr- Im Bereich der Sanierung von Wohngebäuden bzw. bei gewerblich kosten mit zunehmender Tiefe steigen und auch das Sondenmaterial genutzten Einrichtungen (Schulen etc.) wird hier das größte Poten- auf Grund des steigenden Rohrreibungswiderstandes einen höheren zial erwartet. Durchmesser erfordert.
Anwendungsbeispiele 23 <
Freiberg „ACTech GmbH“ Die in das Erdreich eingespeiste Wärme wird im Winter zur Be-
heizung der Büroräume und zur Klimatisierung der Werkhallen
(Klimatisierung mit Erdwärme) verwendet.
Ein weiterer innovativer Baustein der Anlage besteht im Monitoring-
Der Gießereibetrieb ACTech GmbH in Freiberg ist einer der füh- Konzept. Dabei werden sämtliche Verbrauchsdaten (Temperatur-
renden Anbieter für Guss-Prototypen. In mehreren Abschnitten daten, Stromverbrauch für die Wärmepumpen und Wärmeeintrag in
erfolgten in den vergangenen Jahren eine Erweiterung der Produk- die Gebäude) digital erfasst, um letztlich die Effektivität der Anlage
tionskapazitäten und eine Zusammenlegung von Standorten. Für bewerten zu können. Über die Messung der Sondentemperaturen
die Erweiterung des „Moduls 2007“ wurden 12 Erdwärmesonden à können Hinweise auf den Ladezustand des Untergrundes erhalten
125 Meter und für das „Modul 2008“ 24 Erdwärmesonden mit werden und erforderlichenfalls gezielt Wärme aus dem Feld durch
Bohrtiefen zwischen 105 und 145 Metern niedergebracht. Heizen „abgefahren“ bzw. durch Kühlen „eingetragen“ werden.
Ein faseroptisches Temperaturkabel an einer ausgewählten Erdwär-
Mit dem Sondenfeld wird eine sommerliche Kühlung der Werkshallen mesonde ermöglicht die tiefengenaue Messung der Untergrundtem-
über eine thermisch aktivierte Bodenplatte durchgeführt, was zu peratur und ermöglicht so Rückschlüsse auf die Regeneration des
einer signifikanten Reduzierung der Raumtemperatur in der Halle Untergrundes.
und damit zu deutlich verbesserten Arbeitsbedingungen führt.
Weiterhin erfolgt eine Kühlung der Schmierstoffe an den Produk- Durch das innovative Geothermie-Konzept reduziert die ACTech
tionseinrichtungen. GmbH die CO2-Emissionen gegenüber konventioneller Klimatisie-
rungstechnik um 52 Prozent. Auch aus wirtschaftlicher Sicht lohnt
Abb. 21: ACTech GmbH sich die Nutzung von Erdwärme: Im Vergleich zu einer herkömm-
lichen Klimatisierungsanlage spart ACTech durch Geothermienutzung
63 Prozent der Betriebskosten.> 24
Dresden „Wohnen am Alaunpark“ bis zu 135 Metern Tiefe installiert. Aufgrund der beengten Platzver-
hältnisse war für jedes EFH die Installation nur einer EWS möglich.
(viele Sonden auf engem Raum) Über die passive Kühlung im Sommer wird Wärme in den Unter-
grund zurückgeführt. Hocheffiziente Umwälzpumpen, die genau auf
Für diesen Standort von Neubauwohnungen wurde von Anfang an den erforderlichen Soledurchsatz abgestimmt sind, senken die Be-
konsequent auf den Einsatz erneuerbarer Energie gesetzt. An den triebskosten deutlich. Mittels eines Thermal Response Tests wurden
dort gebauten 20 Einfamilienhäusern (EFH) mit 8 kW Heizleistung im Vorfeld die Untergrundeigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit und
und zwei Mehrfamilienhäusern (je 55 kW Heizleistung) mit je 11 Untergrundtemperatur bestimmt, um eine optimale Festlegung
Wohneinheiten wurden insgesamt 32 Erdwärmesonden (EWS) mit der Bohrtiefe zu ermöglichen.
Abb. 22: „Wohnen am Alaunpark“25 < Arnsdorf (Gas-Absorptionswärmepumpe) Am Standort Arnsdorf erfolgte im Rahmen eines Modellprojektes der ENSO AG die energetische Sanierung eines Mehrfamilienhauses mittels Gas-Absorptionswärmepumpe. Die Wärmepumpe besitzt eine Wärmeleistung von 36 kW bei einer Kälteleistung von 14,3 kW. Die Wärmelieferung erfolgt über eine Contracting-Lösung, d. h., der Energieversorger trägt die Investitionskosten und verkauft die Wärme an den Endkunden. Zur Deckung des Energiebedarfs wurden insge- samt drei Bohrungen niedergebracht. Abb. 23: Gas-Absorptionswärmepumpe in Arnsdorf
> Fazit
Wärmepumpen auf dem derzeitigen technologischen Stand sind schaftlich betrachtet werden. Der Aufwand für die Erschließung der
eine von mehreren Bausteinen, mit denen die ehrgeizigen Klima- Wärmequellen ist abhängig von geologischen und hydrologischen
schutzziele im 21. Jahrhundert erreicht werden sollen. Bei Schad- Gegebenheiten und ein bedeutender Faktor für die wirtschaftliche
stoffemissionen und Primärenergieeinsatz haben Sie bessere Betrachtung der Anlagensysteme.
Werte als herkömmliche Wärmeerzeugungsanlagen auf fossiler
Basis. Die Ergebnisse für Energieeffizienz und Klimabilanz unter- Mit der Variantenprüfung und Planung sollte ein erfahrener und syste-
scheiden sich deutlich bei den verschiedenen Anlagenarten. munabhängiger Fachplaner beauftragt werden. Prinzipiell ist bei der
Entscheidung für eine Wärmepumpe zwischen der Planung für Neu-
Die Heizkosten und der Flächenbedarf für die Aufstellung im Gebäude bauten und Rekonstruktion von Bestandsgebäuden zu unterscheiden.
sind vergleichsweise niedrig und die Anlagentechnik wird staatlich
gefördert. Aufgrund der Anlagenkonzeption mit niedrigen Vorlauftem- Bei einem Neubau ist der Heizwärmebedarf pro Quadratmeter
peraturen, Speichersystemen und separaten Stromtarifen ist die Wohnfläche den Anforderungen der Energieeinsparverordnung
Anlagentechnik gut mit anderen regenerativen Energienquellen (EnEV) entsprechend bedeutend niedriger anzusetzen als für Be-
wie Solarkollektoren, Photovoltaik oder Ökostrom kombinierbar. standsgebäude. Bereits bei der Planung kann durch Zusammen-
Viele Versorgungsunternehmen bieten einen relativ günstigen Sonder- arbeit von Architekt und Haustechniker eine optimale Abstim-
tarif für den Wärmepumpenstrom, der jedoch in Spitzenlastzeiten vom mung für Gebäudeausführung und Anlagentechnik berücksichtigt
Versorger bis zu zwei Stunden unterbrochen werden kann. werden. So kann z. B. durch generellen Einsatz von Wand- und
Fußbodenheizungen ein für Wärmepumpen optimales Raumheiz-
Die Investitionskosten für die Anlagen sind durch hohe Aggre- system mit niedrigen Vorlauftemperaturen eingesetzt werden
gatskosten, Erschließungskosten für die Energiequelle und und die Erschließung der Energiequellen kostengünstig in der
aufwendige Anlagentechnik mit ggf. erforderlichen Speichern und Rohbauphase erfolgen. Ab der neuen EnEV 2009 ist außerdem die
größeren Raumheizflächen relativ hoch. Für die Warmwasserbe- anteilige Nutzung regenerativer Energie Voraussetzung für die
reitung ist bei bestimmten Anlagenkonfigurationen eine Nachhei- Erteilung einer Baugenehmigung.
zung zur Erreichung der erforderlichen Temperaturen notwendig.
Der Kostenvorteil durch Entfall der Kosten für die Energiequelle Bei der Planung von Rekonstruktionen im Gebäudebestand sollte
bei der Luftwärmepumpe wird durch höhere spezifische Heiz- die Priorität bei der Energieeinsparung auf die Verbesserung des
kosten und eine meist zusätzlich erforderliche Wärmequelle für Wärmeschutzes der den beheizten Raum umschließenden Flächen
die Warmwasserbereitung und sehr niedrige Außentemperaturen gelegt werden. Sind diese Maßnahmen bereits ausgeschöpft oder
wieder aufgebraucht. wirtschaftlich nicht realisierbar, sollten die Möglichkeiten einer
effizienteren Anlagentechnik geprüft werden. Dabei müssen die
Eine Verbesserung der Primärenergiebilanz stromgetriebener baulichen Gegebenheiten, die vorhandene Anlagentechnik und nicht
Wärmepumpen durch den Einsatz von Ökostrom erhöht die spezi- zuletzt die Wirtschaftlichkeit unter Einbeziehung eines unab-
fischen Heizkosten, sodass eine Wirtschaftlichkeit unter Umständen hängigen Haustechnikplaners untersucht werden. Dieser kann auch
nicht mehr gegeben ist. Eine sorgfältige Auswahl und Planung der die Möglichkeit und Wirtschaftlichkeit des sogenannten bivalenten
Anlagentechnik und Energiequellen ist eine unverzichtbare Vor- Einsatzes von Wärmepumpen prüfen. In diesem Fall steht der bis-
aussetzung für einen energieeffizienten Betrieb der Anlage. Dabei herige Wärmeerzeuger bei Bedarf weiterhin für die Warmwasserbe-
sollten immer mehrere mögliche Varianten energetisch und wirt- reitung und Deckung der Spitzenlast zur Verfügung.Checkliste Notizen 27 <
M Habe ich einen Fachplaner ausgewählt?
M Liegen ausreichend Referenzen der ausführenden Firma vor?
M Ist die Anlage effizient (Energiebedarf, Untergrund, erwartete
Jahresarbeitszahl)?
M Wurde eine Beratung zu weiteren Möglichkeiten der Energie-
einsparung vorgenommen (Dämmung etc.)?
M Ist geprüft worden, wie die Heizflächen ausgelegt sind?
M Wie hoch ist die Geräuschbelastung der Wärmepumpe in den
Betriebsstufen? (insbesondere Luft/Wasserwärmepumpen)
M Welcher Raum steht für Installation und Geräteaufstellung zur
Verfügung?
M Wird die Anlage entsprechend meinen Bedürfnissen bei Inbe-
triebnahme eingestellt?
M Habe ich Kontrollmöglichkeiten wie Wärmemengenzähler oder
Aufzeichnung relevanter Daten?
M Ist eine Bestandsanlage für niedrige Heizungstemperaturen
geeignet?
M Wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für die Investition
durchgeführt?> Kontakt Impressum
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Abb. 2, 3, 5, 6, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 22 - SAENA GmbH
Abb. 4, 7, 8, 9, 19 - geoENERGIE Konzept GmbH, 599media GmbH
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Abb. 21 - ACTech GmbH
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