Wärmepumpenheizung

Wärmepumpenheizungen nutzen die meist kostenlos zur Verfügung stehende Umweltwärme aus, um diese auf ein höheres Temperaturnivau mittels einer Wärmepumpe anzuheben. Dadurch wird diese für die Gebäudeheizung nutzbar.

Zur Gebäudeheizung verwendet man in der Regel Elektro-Kompressions-Wärmepumpen. Es finden jedoch auch Absorptions- bzw. Adsorptions-Wärmepumpen Verwendung.

Als Wärmequelle dient meist Erdkollektoren, Erdsonden, Grundwasser oder Luft.

Je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist, umso effizienter kann eine Wärmepumpe arbeiten. In Deutschland rechnet man mit Temperaturen von 0°C für Erdkollektoren bzw. Erdsonden und 8°C für Grundwasser.

Als "Wärmesenke" werden meist Heizkörper bei 50°C Wassertemperatur verwendet oder Fußbodenheizungen/Wandheizungen mit 35°C.

Diskussion des Wirkungsgrades

Elektro-Kompressions-Wärmepumpen für die Gebäudeheizung erreichen im Dauerbetrieb unter festgelegten Norm-Betriebsbedingungen Wirkungsgrade von rund 50% der theoretischen thermodynamischen Wirkungsgradgrenze von $T\_\{warm\}\; /\; (T\_\{warm\}\; -\; T\_\{kalt\})$ bezogen auf den eingesetzten Strom (Alle Temperaturen in Kelvin). Für Erdkollektor/Fußbodenheizungs-Systeme bekommt man immerhin 440% Wärme für 100% eingesetzten Strom.

Die Norm-Betriebsbedingungen stimmen jedoch nicht ganz mit der Realität überein. Speziell in den Sommermonaten kommt es mit sehr langen Betriebsaussetzungen zu weiteren Verlusten. Die sogenannte Jahresarbeitszahl JAZ berücksichtigt diese weiteren Verluste. Für eine komplette Wärmepumpenheizung ergeben sich dann Jahresarbeitszahlen, die eher im Bereich des 0,4 bis 0,45fachen der theoretischen Grenze liegt. (Diese Verluste treten jedoch auch bei Öl bzw. Gas-Heizungen auf!)

Durch Umwandlungs-Verluste bei Stromerzeugung und Transport liegt der Wirkungsgrad für die Gesamtkette von der Primär-Energie zur Nutzwärme nocheinmal niedriger. Bezogen auf den heutigen deutschen Kraftwerkspark bei rund 140%. Immerhin sind das noch deutlich mehr als 100% bei qualitativ schlechteren Brennstoffen.

Umweltverträglichkeit

Die Umweltverträglichkeit einer Wärmepumpenheizung hängt im Falle der Erdwärme Elektro-Kompressions-Wärmepumpe,wie sollte man sie realistischerweise sonst antreiben, von der umweltverträglichen Bereitstellung des Stromes ab. Sie wird deshalb in Deutschland mancherorts diskutiert, da vielfach davon ausgegangen wird, daß zusätzlicher Strom, durch zusätzliche Kohle- oder Atomkraftwerke erzeugt werden müßte. Angenommen , daß in Deutschland Strom nur aus Öl erzeugt wird, was nicht der Realität entspricht - denn durch Fernwärmeauskoppelung steigt der Wirkungsgrad im Kraftwerk, gilt folgende Berechnung für 1 Stunde heizen mit einer Erdwärmepumpe mit 10 kWtherm Heizleistung: Da Leistungziffer mind. 4,5 kWtherm /kWelek, beträgt, ist zu Hause die Stromaufnahme für 10 kWhtherm /4,5 = 2,22 kWh ; diese 2,22 kW entsprechen rund einem üblichen 2 kW - Ölradiator, mit dem sie ein Haus heizen. Diese nun 2,22 kWh aus dem Ölkraftwerk verursachen bei einem Kraftwerks- Wirkungsgrad v. 47% einen Primärenergiebedarf von: 2,22 kWh / 0,47 = 4,72 kWhthermisch aus Öl. Im Kraftwerk wird aus 1 Liter Heizöl schwer, 1 L = 10,08 kWtherm /l (könnten sie zu hause nicht verbrennen, ist auch billiger als Heizöl leicht - auch besser für die Außenhandelsbilanz); Bei Etages des Kraftwerkes ist 47%. Bei einem Heizwert des Heizöles L von 42.600 kJ/kg liefert 1 Liter Öl : 10,08 kWtherm . 47/1oo = 4,73 kWelektr. Weil Heizöl schwer 11.000 kJ/kg bei Verbrennung erzeugt, sind für ihre Heizung zu Hause : 11000/3583 = 3,07 kWh/1 kg Öl........////// Neuer Satz: Wenn im KW 1 Liter Öl dann 4,73 kW. Daher werden für ihre 2,22 kWh Strom: 2,22 kWhelektr . Liter /4,72 kWelektr = 0,47 Liter Heizöl schwer stündlich'

Produziertes CO2 Der zuvor verfeuerte 0,47 Liter Heizöl besteht aus ca(lt. OMV )% aus Kohlenstoff, welcher bei der Oxidation mit Sauerstoff 0,47Lit.0,8kg /Liter .32/44 = 0,273 kg Co2 , also stündlich rd.'' 1/4 kg Treibhausgas. Die Kosten für strom liegen : 2,22 kWh . Strompreis in cent = 2,22 . ......cent. = ......für 10 kWhtherm wohlige Wärme. Man kann jedoch auch den Strom durch moderne Erdgas GuD-Kraftwerken mit Wirkungsgraden bis zu 57% erzeugen. In diesem Falle erhält man das ca. 2,5fache der Nutzwärme aus der gleichen Primär-Energie, wie mit der direkten Verbrennung mittels einer Gas-Brennwerttherme.

Ebenso erhält man im Falle der Strom-Erzeugung in einen Biomasse-Kraftwerk mit 35% Wirkungsgrad immerhin das 1,5fache der Nutzwärme aus der gleichen Menge Holz, als mit der direkten Verbrennung.

Marktanteil

Der Marktanteil von Wärmepumpenheizungen im Neubau ist landesspezifisch. Er hängt stark vom Preis und der Umweltverträglichkeit des Stromes ab. Im Jahr 2000 betrug er in Deutschland 2-3%, in Schweden 95%, und in der Schweiz 36%.

Laufende Kosten

Bei einem Brutto-Strompreis von 16 Cent/kWh (Haushalts-Tarif, incl. MwSt. und der Strom-/Ökosteuer sowie der Abgaben für EEG und KWK) und einer Jahresarbeitszahl JAZ der Wärmepumpenheizung von 3,8 (entsp. Leistungszahl ? von 4,4 unter Norm-Betriebsbedingungen) kostet die Erzeugung der Niedertemperatur-Nutzwärme aus Erdwärme 4,21 Cent/kWh (brutto). Diese Kosten sind vergleichbar mit einer Ölheizung (mit realem Jahresnutzungsgrad von 0,8 und DIN-Normnutzungsgrad 0,96), bei einem Heizölpreis von 33,7 ?/100 Liter (brutto). Außerdem entfallen die Kosten für den Schornsteinfegerund jährliches Brennerservice mit möglichem Ersatzteiltausch. Rennomierte Energieprofis in Österreich / Oberösterreich,errechnen bzw. belegen mit aktuellen Preisofferten verschiedener Anbieter von Energieträgern im 1.Quartal 2005 einen kWhtherm- Preis v. rd. 2,47  ? Cent /kWhtherm, demgegenüber ist der angestiegene Ölpreis für Heizöl L der letzten Jahre für rd. 6,49 ? Cent/kWtherm verantwortlich, wobei der Strom für den Betrieb des Brenners noch unberücksichtigt ist. Mit fallenden Ölkosten in Zukunft wird man nicht verläßlich planen können. Selbst Versorger wie die deutsche EnBW beschreitet die Nutzung von klimaneutraler Erdwärmegewinnung aus Tiefbohrungen(HDR- Technologie)zur Stromgewinnung sowie auch zur Wärmegewinnung und Betrieb von Kühlungsanlagen durch Untiefen Geothermie.Ebenso veröffentlicht z.B. die EnBW eine Übersicht von Jahresbetriebskosten für 3 Heizsysteme.Demnach verursacht die Erdwärmewärmepumpe: 447,- ?/Jahr d.s.375? f.Energie, 72? für Nebenkosten, in Summe 447 ?.

              Öl- Zentralheizung: 1.122,- ?/Jahr d.s. 767 f. Energie, 355? f. Nebenkosten, in Summe 1.122?
              Erdgas- Zentralheizg.: 973,- ?/Jahr d.s. 609? f. Energie, 364? f. Nebenkosten, in Summe 973? 

Investitions-Kosten

Gute Wärmepumpenheizungen auf Erdkollektor- bzw. Erdsonden-Basis kosten im Neubau kaum viel mehr als eine Ölheizung. Gasheizungen sind kostengünstiger in der Anschaffung, nicht so sehr im Betrieb. Argumente, wie diese, daß Wärmepumpen Investitionskosten für zusätzlich notwendige Kraftwerks - und Leitungsbauten hervorrufen, und man diese mit dem Strompreis bezahlt, ist nicht unrichtig, andere Energieträger haben auch oft sehr weite Transporte hinter sich, die Geld und Energie kosten. Letztlich kann der Preis und die Qualität des Energieträgers, den man bezahlt, über die Kostenhöhe dieser Leistung am besten Auskunft geben. Staatliche Förderungsinitiativen und Bereitstellung günstigerer Tarife, teils in Schwachlastzeiten, für Wärmepumpen zur Tag- u. Nachtzeit, können Zweifler überzeugen und damit Klima und Rechenstift sprechen lassen. Viele Tausende Erdwärmewärmepumpen z.B. in Österreich sind mit besten Erfahrungen in Betrieb. Hinsichtlich der Stromzusammensetzung (Wasser-, Öl-, Gas-, Kohle- u. Kernkraft ) ist da wohl aus geografischen Gründen besser, jedoch sollten sie das Rechenbeispiel mit der Verringerung fossiler Brennstoffe genau nachvollziehen. Übrigens, Verbrennung von verschiedensten Heizstoffen in großen Kraftwerkskesseln, mit Entschwefelung, Entstickungskathalysatoren, Staubfilterung etc., alles modern und sauber, optimiert, computerbetrieben, behördenüberwacht, gesetzeskonform und die technisch höchsten Auflagen erfüllend, mit höchsten erreichbaren Wirkungsgraden, sind ihrer eigenen, vergleichsweise sehr kleinen Verbrennungsanlage zu Hause, um einige wichtige Prozentpunkte voraus. Daher ist Strom aus diesen Großanlagen penibelst, soweit es die Naturgesetze und der technische Standard zulassen, erzeugt.

Eine sehr gute Wärmepumpenheizung mit Erdsonde und Fußbodenheizung, evtl.auch teilweise Wandheizung, erspart Tankraum, Kamin, Ölbehälter, Jahresservice, Rauchfangkehrer, Stromkosten für Brenner etc.*

Luftwärmepumpen sind preislich günstiger, weil die Komponente zur Aufnahme der Bodenwärme (biegsame kunststoffummantelte Kupferrohre im Erdreich verlegt), in der die Direkt- Verdampfung des umwweltneutralen Kältemittels erfolgt, entfällt. Jedoch ist bei der Anschaffung ein wichtiges Entscheidungskriterium die aktive Fläche in m^2 des Verdampfers, weil damit auch die technischen Daten (Leistungs- und Arbeitsziffer) höher liegen als solche mit kleinen Verdampferflächen. Die Luftwärmepumpe hat bei sehr tiefen Temperaturen geringere Effizienz, dagegen bei etwas wärmeren Tagen (etwa +5 - 0° C , die ja die Mehrheit der Wintertage aufweist) bereits sehr brauchbare Werte. Sie läßt sich auch bei Altbauten und Sanierungen gut anwenden. Weil Wärme eine Form der Energie darstellt, die als unterste Stufe einzuordnen ist und zudem im vorliegenden Fall auf niedrigem Niveau in Form der Gratis-Umweltwärme vorliegt, ist es naheliegend, diese durch moderne Technik, um ca. 35 bis 45° C mit sparsamem Energieeinsatz auf, für unsere Raumwärme erforderliches Niveau, hochzupumpen. Vorlauf- Wassertemperaturen unter 30° C sind zumeist ausreichend. Überlegungen zu Wirkungsgraden der Elektromotoren der Kompressoren sind, da Verluste ohnehin immer zu Wärme werden und in der Leistungszahl enthalten sind, nur Zahlenspielerei. Moderne Niedertemperaturheizkörper sind eine wirtschaftliche Investition. Objektive Heizkostenvergleiche, wie sie Webauftritte von Herstellern gerne gemeinsam mit Energieversorgern anbieten, also von den Energieprofis, werden ihre Entscheidung erleichtern. Amortisationsdauer von 5 Jahren ist erreichbar, darüberhinaus betreiben sie die modernste, klimafreundlichste und komfortabelste Raumheizung mit Sonnenwärmenutzung.

Weblinks

• Basiswissen: Wärmepumpen
• etwas technische aber verständliche Einführung
• Linksammlung
• Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V.
• Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz FWS
• Wissenssammlung
• Wärmepumpen-Marktplatz NRW
• Wärmepumpen-Initiative in den Bundesländern -WIB- e.V.
• http://www.waermepumpe.ch
• WPZ - Wärmepumpentestzentrum Buchs
• Informationszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik
• IEA Heat Pump Centre
• European Heat Pump Association
• Umfangreiche Infos verständlich aufbereitet
• Bund der Energieverbraucher > Zuhause > Heizen > Jahresnutzungsgrad
• Anwendung im Wohnungsbau

Siehe auch