An der Spitze angekommen! - Energieweb

Erfahrungsbericht über zwei Heizperioden
Wärmepumpenbetrieb
für ein Sanierungsobjekt
Österreichs einzige spezialisierte Fachzeitschrift für
die Bereiche Heizung, Lüftung, Klima- und Kältetechnik
Heizung
Lüftung
Klimatechnik
12/2010 – Heizung Lüftung Klimatechnik
wärmepumpen
Die effizienteste Methode Energie einzusparen besteht darin weniger zu verbrauchen.
Die Zunahme des Energieverbrauchs auf unserer Erde korreliert jedoch sehr stark mit dem
Bevölkerungs- und dem Wirtschaftswachstum. Dieser Anstieg des Weltenergieverbrauchs
kann durch Maßnahmen, wie zum Beispiel durch Effizienzsteigerung von Energiebereitstellungs,
-verteilungs und -abgabesystemen, ein wenig kompensiert, aber nicht
verhindert werden.
Um einen Rückgang des Energieverbrauchs
auf unserer Erde zu
erzielen, bedarf es einer grundlegenden
Veränderung des Wirtschaftssystems
und eines nachhaltigeren Umgangs
des Menschen mit unserer Umwelt.
Der vorliegende Artikel soll aufzeigen
wie man den Energieverbrauch eines
sanierten Gebäudes durch die Installation
eines intelligenten Energieversorgungssystems
senken kann. Zuvor wird
noch auf das Prinzip der Wärmepumpe
eingegangen und ein Überblick über die
Wärmepumpensysteme gegeben.
Einleitung
Betrachtet man die Arten der Wärmebereitstellungssysteme,
die auf dem
Markt zur Verfügung stehen (Bild 1), so
kommt man zum Schluss, dass aus energetischer
Sicht die solare Heizung das
effizienteste Wärmebereitstellungssystem
vor der Wärmepumpe darstellt. Bei
der solaren Heizung sind als Aufwand
die elektrische Antriebsenergie der
Pumpen (Solepumpe, Heizungspumpe)
und die Energie für die Regelung des
Wärmeversorgungssystems zu nennen.
Leider korreliert das solare Angebot
nicht mit dem Heizwärmebedarf des
Gebäudes, was eine Langzeitspeicherung
der solaren Wärme erforderlich
macht. Diese Langzeitwärmespeicher
lassen sich zurzeit noch sehr schwer
wirtschaftlich darstellen.
Damit kommen wir zum alternativen
Wärmebereitstellungssystem, der Wärmepumpe.
Im Nachfolgenden soll das
Prinzip der Wärmepumpe so wie der
energetische Vorteil gegenüber einem
konventionellen Heizungssystem aufgezeigt
werden.
Die Wärmepumpe
Bei Wärmepumpen und Kältemaschinen
wird der natürliche Wärmefluss
von einem höheren zu einem tieferen
Temperaturniveau durch Zufuhr von
Arbeit umgekehrt. Im Prinzip handelt
es sich bei der Wärmepumpe und der
Kältemaschine um ein und dieselbe
Maschine. Wird die auf einem tieferen
Temperaturniveau entnommene Wärme
(auch Quelle genannt) zur Kühlung verwendet,
spricht man von einer Kältemaschine;
wird die auf ein höheres Temperaturniveau
gebrachte „gepumpte“ Wärme
(auch Senke genannt) für Heizzwecke
verwendet, so spricht man von einer
Wärmepumpe. Eine zusätzliche Effizienzsteigerung
des Prozesses erzielt man
dadurch, wenn man gleichzeitig beide
Effekte, den Kühl­ und den Heizeffekt,
nutzt. Die Effizienz einer Wärmepumpe
bzw. Kältemaschine wird mit der Leistungszahl
oder dem COP (coefficient of
performance) bewertet. Diese Kennzahl
ist wie ein Wirkungsgrad mit Nutzen zu
Aufwand definiert (siehe Bild 2).
Der COP einer Wärmepumpe ist theoretisch
um 1 höher als der COP einer
Kältemaschine bei gleichem Temperaturhub
(Temperaturdifferenz Kondensator/Verdampfer),
da die vom Verdichter
aufgenommene Leistung nur zum Teil,
bedingt durch Umwandlungsverluste,
in die Verflüssigerleistung eingeht. Real
liegt der Unterschied des COP’s zwischen
0,8 und 1, abhängig von der Verdichterbauart,
dem Betriebspunkt und
der Wärmedämmung.
Das Bild 3 soll den energetischen Vorteil
der Wärmepumpe gegenüber einem
konventionellen Heizungssystem darstellen.
Dabei wurde angenommen,
dass ein Wärmebedarf von 18.000 kWh
pro Jahr für ein Gebäude benötigt
wird. Bei einem Kesselnutzungsgrad von
90 % wird ein Primärenergiebedarf von
20.000 kWh pro Jahr benötigt um den
erforderlichen Wärmebedarf decken zu
können. Im Vergleich dazu wird eine
Wärmepumpe mit einer Arbeitszahl von
3,5 betrachtet. Es wird weiters angenommen,
dass die Antriebsenergie für die
Wärmepumpe von einem Kraftwerk mit
einem elektrischen Nutzungsgrad von
40 % bereitgestellt wird. Damit ergibt
sich ein Gesamtnutzungsgrad für die
Wärmepumpe von 140 %. Um auf den
erforderlichen Wärmebedarf von 18.000
kWh pro Jahr zu kommen, müssen nur
12.857 kWh an Primärenergie beim
Bild 1:
Überblick von
Wärmebereitstellungssystemen
nach Energieeinsatz.
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