green tech report 2013 - umwelttechnik.at

Erhöhen des nutzbaren
Temperaturniveaus mittels
Wärmepumpe
Das Potenzial zur direkten Nutzung der oberflächennahen
Erdwärme (ohne Wärmepumpe) als
Raumwärme ist wegen des niedrigen Temperaturniveaus
nur eingeschränkt vorhanden. Daher
ist bei Anlagen zur Nutzung von oberflächennaher
Erdwärme meist die Zwischenschaltung einer
Wärmepumpe zwischen Gewinnungs- und Nutzungskreislauf
erforderlich. Wärmepumpen werden
nach verschiedenen Kriterien, wie Einsatzzweck,
Art der Wärmequelle, Bauart, Antriebsart, verwendeter
Kältemittel und Medien für Wärmetransport
etc. eingeteilt und unterschieden. Verschiedene
Kennzahlen beschreiben die Leistungsfähigkeit
und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe. Für
Elektrowärmepumpen seien die beiden wichtigsten
genannt:
• die Leistungszahl (engl. COP… Coefficient
of Performance), die für einen bestimmten
Arbeitspunkt das momentane Verhältnis von
abgegebener Wärmeleistung zu aufgenommener
elektrischer Antriebsleistung, bezogen
auf einen bestimmten Anlagenumfang, beschreibt;
• die Jahresarbeitszahl (engl. SPF… Seasonal
Performance Factor), mit deren Hilfe die gesamte
Anlage energetisch bewertet werden
kann, da sie im tatsächlichen Betrieb ermittelt
wird.
Neben den elektrisch betriebenen Wärmepumpen
sind am Markt auch thermisch oder mit Erdgas betriebene
Wärmepumpen verfügbar. Üblicherweise
lassen sich mit Wärmepumpen Temperaturen von
50 – 65 °C erreichen. Hochtemperatur-Wärmepumpen
mit Zieltemperaturen von 80 °C und akzeptablem
Wirkungsgrad (COP von 3) sind ebenfalls
am Markt erhältlich, spezielle Anlagen können
Temperaturen von bis zu 150 °C bereitstellen [6].
Anlagenformen mit Wärmepumpe
Für die Nutzung oberflächennaher Erdwärme mittels
Wärmepumpe sind grundsätzlich drei Anlagenformen
möglich, bei denen die Wärmequelle
selbst bzw. die Anzahl der Wärmequellen das
Unterscheidungsmerkmal darstellen. Während
beim monovalenten Betrieb der gesamte Wärmebedarf
mit einer Energiequelle bzw. beim monoenergetischen
Betrieb mit einem Energieträger
(im Fall der Wärmepumpe i.d.R. der elektrischer
Strom) abgedeckt wird, wird beim bivalenten Betrieb
für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage
ein zweites Heizsystem parallel oder alternativ zur
Wärmepumpe verwendet. Bei Geothermieanlagen
liefert der Boden bzw. das Grundwasser in der Regel
ausreichend Energie, um den Heizwärmebedarf
eines Gebäudes zu decken, unter der Voraussetzung,
dass dieses nach Niedrigenergiestandards
errichtet worden ist. Die geringe erforderliche Heizungs-Vorlauftemperatur
und der geringe Heizwärmebedarf
in energieeffizienten Gebäuden
begünstigen den effizienten Einsatz von Wärmepumpen.
Bei besonders großen Gebäuden und im
Altbaubereich, wo nach erfolgter thermischer Sanierung
eine vorhandene Heizung als Zusatzheizung
weiterverwendet werden soll, bietet sich aus
wirtschaftlichen Gründen ein bivalenter Anlagenbetrieb
an. Im Bereich der Altbausanierung spielt
dabei auch die Wärmequelle Luft eine zunehmende
Rolle [5]. Kriterien für die Wahl der optimalen
Wärmepumpentype und Anlagenform sind primär
die energietechnischen bzw. thermodynamischen
Randbedingungen für den betrachteten Anwendungsfall.
Zukünftige rechtliche Anforderungen
Über ein gemeinsames Energielabel für alle Heizungen
gemäß der Energielabel-Richtlinie (Energieverbrauchskennzeichnung
RL 2010/30/EG) soll
ein besserer Effizienzvergleich für alle energiebetriebenen
Produkte erreicht werden, womit für den
Verbraucher der zu erwartende Energieverbrauch
einer Heizungsanlage auch im Bereich der Wärmepumpe
transparenter dargestellt wird. Über die
Kennzeichnung, ähnlich der bei Kühlschränken und
Waschmaschinen, und das CE-Kennzeichen soll
der Verbraucher die verschiedenen Wärmeerzeuger
hinsichtlich ihres Umweltnutzens direkt vergleichen
können. Bei der Einstufung wird die Effizienz
der Anlage auf Basis des Primärenergieeinsatzes
berücksichtigt. Der Umrechnungsfaktor von Strom
in Primärenergie, von Eurostat als Durchschnittswert
eines Mitgliedstaates festgelegt, liegt momentan
bei 2,6 für Strom und bei 1,0 für fossile
Energieträger. Der endgültige Entwurf der entsprechenden
Verordnung, ein delegierter Rechtsakt auf
der Grundlage von Art. 10 der Richtlinie 2010/30/
EU, liegt seit dem Frühjahr 2013 vor. Er schreibt ab
2015 das Energielabel und Datenblätter für Heizkessel,
Kombi-Heizkessel und Wärmepumpen mit
einer Nennleistung bis 70 kW vor und regelt auch
die Details der Energiekennzeichnung. Die Wärmepumpe
schneidet im Vergleich zum Energielabel
anderer Wärmeerzeuger besonders positiv ab, wovon
auch direkte Marktimpulse für Heizungs- und
Kühlsysteme mit Wärmepumpe erwartet werden.
Zudem können Verbraucher von europäischen
Förderprogrammen profitieren, wenn sie Anlagen
mit der besten Energieeffizienzklasse wählen.
Parallel dazu liegt dem Europäischen Parlament
und dem Rat derzeit eine Verordnung zu den
Ökodesign-Anforderungen an Heizungen gemäß
Ökodesignrichtlinie (ErP-Rahmenrichtlinie
2009/125/EC) zur Prüfung vor. Die Richtlinie setzt
anders als die Energieverbrauchskennzeichnung
nicht beim Verbraucher an, sondern zielt vielmehr
darauf ab, den umweltschädlichsten Produkten
bereits den Marktzugang zu verwehren, indem sie
verbindliche Mindestanforderungen für die Energieeffizienz,
NO X -und Lärmemissionen festlegt.
Mit dem vorliegenden Verordnungsentwurf betrifft
das sowohl Heizkessel und Kombi-Heizkessel als
auch Wärmepumpen mit einer Nennleistung bis
400 kW. Halten diese Produktgruppen die Mindestanforderungen
nicht ein, dürfen sie in Zukunft
nicht mehr in den Verkehr gebracht werden. Die
Durchführungsverordnung wird voraussichtlich
im Sommer 2013 in Kraft treten. Die darin festgeschriebenen
Ökodesign-Anforderungen sollen
dann ab 2015 gelten.
Vorteile der Nutzung oberflächennaher
Geothermie
Die Geothermie nimmt unter den erneuerbaren
Energien wegen ihrer Eigenschaften eine besondere
Stellung ein: Sie steht als Grundlastenergie unabhängig
von Witterung, Tag- und Nachtzeiten immer
bedarfsgerecht zur Verfügung. So kann oberflächennahe
Erdwärme beispielsweise direkt oder über
eine Wärmepumpe zum Heizen oder Kühlen genutzt
werden. Der Untergrund dient dabei als Energiequelle
und -speicher und wird je nach Bedarf entweder
zum Entzug oder zur Einlagerung von Wärme
oder Kälte eingesetzt. Der Bodenkörper wird so zum
Langzeitspeicher für thermische Energie [1].
In neuen Bürogebäuden zählt heute ein
ganzheitliches Klimakonzept, das über das reine
Beheizen der Räumlichkeiten weit hinausgeht, zum
Standard. Die Geothermie ist unter den erneuerbaren
Energien prädestiniert, um komplexe Raumklimakonzepte
mit einer nachhaltigen Technologie
umzusetzen, da mit ihr kostengünstig und ohne
zusätzliche Investitionen auch die Kühlung des Gebäudes
erfolgen kann. Dabei ist der Einsatz von ef-
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