Prinzip der Wärmepumpe
Die Wärmepumpe wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um.
Sie entzieht der Umgebung – Erdreich, Wasser oder Luft – gespeicherte Sonnenwärme und gibt dieses Plus der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.
Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Sie fließt immer von einem Körper hoher Temperatur zu einem mit niedriger Temperatur (Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre). Daher muss die Wärmepumpe die aufgenommene Wärmeenergie aus der Umgebung unter Einsatz von hochwertiger Energie – z.B. Strom für den Antriebsmotor – auf ein, zum Heizen und Warmwasserbereiten notwendiges Temperaturniveau bringen.
Eigentlich arbeitet die Wärmepumpe wie ein Kühlschrank. D.h. mit gleicher Technik, aber mit umgekehrtem Nutzen. Sie entzieht einer kalten Umgebung Wärme, die zum Heizen und Warmwasserbereiten genutzt werden kann.
Auswahl der Wärmequelle
Tipp: Die Wärmequelle mit dem höchsten Temperaturniveau bringt die höchst mögliche Leistungszahl und damit niedrigste Heizkosten.
Wärmequelle Wasser
Ist Grundwasser in vertretbarer Tiefe und Temperatur vorhanden, so erreicht man damit die höchsten Jahresarbeitszahlen (bewilligungspflichtig). Eine konstante Temperatur von +8°C bis +12°C garantiert einen optimalen Heizbetrieb. Das Grundwasser wird vom Förderbrunnen zur Wärmepumpe und von dort zum 15 Meter entfernten Sickerbrunnen geführt. Scheidet Grundwasser aus, bietet sich die Wärmequelle Erdreich an.
Wärmequelle Erdwärme
Erdwärme ist zu 98% gespeicherte Sonnenenergie. Die Erdtemperatur hält auch an sehr kalten Wintertagen das nötige Niveau für einen wirtschaftlich optimalen Betrieb. Es werden sogenannte Erdkollektoren im Erdreich verlegt, über die die Wärme aufgenommen wird. In diesen Erdkollektoren zirkuliert das Wärmeträgermedium, welches die Wärme aufnimmt und zur Wärmepumpe weiterleitet. Je nach Wärmeträgermedium im Erdkollektor unterscheidet man zwischen den Betriebsarten Sole und Direkterwärmung.
Bei der Direkterwärmung zirkuliert das Arbeitsmittel der Wärmepumpe ein FCKW freies Gas selbst als Wärmeträgermedium im Erdkollektor. Zwischenwärmetauscher und Soleumwälzpumpe entfallen.
Bei der Sole-Variante zirkuliert als Wärmeträgermedium Sole, welche die Wärme aufnimmt und zur Wärmepumpe leitet.
Die Erdkollektoren können dabei auf verschiedene Arten verlegt werden:
- Bei ausreichend Platz (Gartenfläche) sind Flachkollektoren die preisgünstigste Lösung. (Verlägefläche bei Neubauten ist ca. das 1,2- bis 1,5-fache der zu beheizenden Fläche.)
- Bei weniger Platz bieten sich spiralförmige Künettenkollektoren oder Erdsonden (Tiefenbohrungen) an.
Die verschieden Varianten sind teilweise melde- oder auch bewilligungspflichtig.
Wärmequelle Luft
Scheiden Grundwasser und Erdreich aus, so ist es überall möglich die Außenluft als Wärmequelle heranzuziehen. Besonders geeignet auch für die Nachrüstung oder bivalent betriebene Anlagen. Durch die in der Wärmepumpe integrierte Abtaueinrichtung ist eine einwandfreie Funktion bis unter -18°C gegeben. Wie empfehlen dabei die Verwendung von Split-Geräten: Aufstellung der Wärmepumpe geschützt im Haus und Aufstellung des Verdampfers verlustfrei im Freien. Vorteile: keine Luftkanäle, sehr ruhig, lange Lebensdauer und wirtschaftlicher.
Auswahl der Wärmepumpe
Bestimmung des Wärmebedarfes
Bei Wärmepumpen Anlagen ist eine genaue Dimensionierung besonders wichtig, denn überdimensionierte Geräte verursachen übermäßige Kosten und arbeiten mit einem niedrigeren Wirkungsgrad.
Die Ermittlung des Wärmebedarfs (Heizleistung) erfolgt nach den entsprechend gültigen Normen.
Folgende Werte sind erfahrungsgemäß ungefähr zu erwarten (Wärmebedarf W/m2):
- Altbau mit zeitgemäßer Wärmedämmung: ca. 75 W/m2
- Neubau mit guter Wärmedämmung: ca. 60 W/m2
- Niedrigenergiehaus: ca. 30 W/m2
Der spezifische Wärmebedarf (W/m2) wird mit der zu beheizenden Wohnfläche multipliziert und ergibt den gesamten Wärmebedarf (Transmissions- und Lüftungswärmebedarf).
Die Jahres-Heizarbeit in kWh p.a. gibt an wieviel Heizenergie (Wärmeenergie) im Laufe eines Jahres aufzubringen ist. Dies ist bei der Auslegung von Erdwärme-Systemen zu beachten.
EVU Sperrzeiten
Die Nutzung von verbilligten Wärmepumpen-Sondertarifen der jeweiligen örtlichen Energieversorgungsunternehmen (EVUs) bedingt oft eine unterbrochene Betriebsweise. Die Stromzufuhr kann für z.B. 3×2 Stunden innerhalb von 24 Stunden unterbrochen werden. Daher muß die tägliche Heizleistung innerhalb jener Zeit, in welcher Strom verfügbar ist aufgebracht werden.
Beispiel: Theoretische Auslegung bei 3×2 Stunden Sperrzeit: Berechneter Wärmebedarf ohne Sperrzeiten: 9 kW. Maximale Sperrzeit: 3×2 Stunden = 6 Stunden. Das ergibt 18 Stunden Verfügbarkeit.
Theoretischer Wärmebedarf bei 6 Stunden Sperrzeit:
9 kW x 24h/18h = 12 kW (d.h. 33% Zuschlag)
Tip: Die Wärmebedarfsberechnung zielt auf die jeweils minimale Außentemperatur und beheizen aller Räume gleichzeitig ab. Daher hat sich in der Praxis ein geringerer Zuschlag von ca. 20% bei Fußbodenheizung bewährt: z.B. 9 kW x 1.2 = 10.8 kW.
Die Heizungs-Vorlauftemperatur
Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Temperatur der Wärmenutzungsanlage ist, um so höher ist die Leistungszahl der Wärmepumpe und um so niedriger sind damit die Heizkosten.
Um dies zu erreichen ist ein großflächiges Wärmeabgabesystem zu wählen. Ideal sind dafür Niedertemperatur Fußbodenheizungen und Wandheizungen geeignet (bis 35°C Vorlauftemperatur). Niedertemperatur-Strahlungswärme garantiert maximale Behaglichkeit. Bei einer Radiatorenheizung ist diese für max. 55°C Vorlauftemperatur auszulegen.
Betriebsweisen
Folgende Betriebsweisen sind möglich:
- monovalent (nur WP): Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger. Sie deckt 100% des Wärmebedarfs ab. Üblich bei Wärmequelle Wasser oder Erdwärme.
- bivalent parallel monoenergetisch (WP und Elektroheizstab): Die Wärmepumpe deckt ca. 90% der Jahresheizarbeit ab. Der E-Heizstab wird nur bei Bedarf parallel zugeschaltet. Üblich bei Neubauten mit Wärmequelle Luft.
- bivalent alternativ (WP und Brennstoffkessel): Die Wärmepumpe teilt sich die Heizarbeit mit einer zweiten Heizquelle. Nur bei Nachrüstung einer Wärmepumpe in ein Hochtemperatur Heizsystem.
Warmwasser mit der Heizungswärmepumpe
Für den Fall, dass man kein eigenes Multifunktionsgerät (Europa) für die Warmwasserbereitung aus der Abluft wählt, empfiehlt sich die Warmwasserbereitung mit der Heizungswärmepumpe.
Als Faustregel sollte man eine zusätzliche Heizleistung von ca. 0,25 kW pro Haushaltsmitglied vorsehen.
Die Firma Elektro Kälte Wärme Forster bietet objektiv mehrere sehr effiziente Lösungen an, die je nach Wärmepumpen-Type und Heizungssystem zum Einsatz kommen.
Auswahl der Wärmepumpen Type
Sobald Art der Wärmequelle (Auslegungstemperatur), Wärmebedarf und maximale Vorlauftemperatur der Wärmenutzungsanlage bekannt sind, kann die entsprechende WP-Type anhand der Leistungsdaten gewählt werden.
Die Brauchwasser-Wärmepumpe – das ganze Jahr die ideale Lösung
Was wäre ein Leben ohne warmes Wasser? Viele Annehmlichkeiten und Tätigkeiten unseres Lebens haben mit heißem oder warmem Wasser zu tun. Sei es das Geschirrabwaschen, die Reinigung oder die Pflege. Jeder genießt gerne z.B. ein heißes Bad oder eine erfrischende Dusche.
Es gibt viele Möglichkeiten um Brauchwasser zu erwärmen, doch die Wärmepumpe ist die günstigste Form! Neben vielen umwelt- und kostenrelevanten Vorteilen bietet sie einigen Zusatznutzen und ist daher jedem anderen System überlegen.
Die Brauchwasser-Wärmepumpe versorgt Ihr Haus oder Ihre Wohnung unabhängig von der Heizung mit Warmwasser. Speziell im Sommerbetrieb, wo herkömmliche Heizkessel für die Warmwasserbereitung mit einem geringen Wirkungsgrad arbeiten, ist sie die ideale alternative zu Öl oder Gas-Anlagen. Dank modernster Technologie können Sie bis zu 75% der Energiekosten sparen, indem die Wärmepumpe die kostenlose Umweltwärme nutzt.
Niedrigste Betriebskosten
Ca. 75% der benötigten Energie zur Erwärmung des Brauchwassers wird aus der Umwelt bezogen, nur etwa ein Viertel wird als elektrischer Strom benötigt. Dies macht den Betrieb äußerst günstig, auch im direkten Vergleich mit Solarkollektoren, denn selbst Solarsysteme benötigen Strom für die Umwälzung des Wasserkreislaufes in den Kollektoren und für die Wassererwärmung bei Regentagen. Die von uns installierten Wärmepumpen und Solaranlagen können selbstverständlich kombiniert werden.
Gegenüber fossilen Brennstoffen ist der Betriebskostenvorteil natürlich mehr als deutlich.