Wärmepumpe: Worauf es ankommt

31.07.2012 16:17 von Antonio Milelli

In Neubauten haben Heizsysteme mit Wärmepumpe einen Marktanteil von knapp 80 Prozent. Auch im Sanierungsbereich wächst deren Anteil stetig. Die Effizienz der Heizung hängt von vielen Faktoren ab. Man kann einiges falsch machen.

Wärmepumpen funktionieren grundsätzlich nach folgendem Prinzip: Sie entziehen der Luft, der Erde oder dem Wasser einige Grad Wärme. Das geschieht über ein Kältemittel mit einem extrem tiefen Siedepunkt. Liegt dieser zum Beispiel bei -10°C und die Temperatur der Wärmequelle ist höher, so verdampft das Kältemittel. Nun verdichtet ein elektrisch betriebener Kompressor den Dampf. Dabei wird er erhitzt – ähnlich wie bei einer Velopumpe. Im sogenannten Kondensator gibt der Dampf seine Wärme über einen Wärmetauscher an den Wasserkreislauf des Heizsystems ab. Dadurch verflüssigt sich das Kältemittel wieder. Dann beginnt der Kreislauf von vorne.

Dient die Luft als Wärmequelle, spricht man von einer Luft/Wasser-Wärmepumpe. Ist es das Erdreich, handelt es sich um eine Sole/Wasser-Wärmepumpe. Dabei wird die Erdwärme durch eine tiefe Erdsonde oder ein oberflächennahes Erdregister erschlossen. Luft/Wasser-Wärmepumpen machen knapp 59 Prozent der im Jahr 2010 verkauften 20‘000 Wärmepumpen aus. Systeme, welche die Erdwärme nutzen, bringen es auf rund 38 Prozent.

Sauber und effizient?

„Sauber und effizient“. Das sind Attribute, welche die Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz (FWS) und die Branche dieser Heiztechnik zuschreibt. Das ist korrekt, wenn verschiedene Faktoren zusammenstimmen. Doch das ist aber oft nicht der Fall.

Da ist zunächst der Strom als ‚Motor‘ für den Wärmepumpenprozess. Der durchschnittliche Schweizer Strommix an der Steckdose stammt zu rund 60 Prozent aus Atom-, Kohle- und Gaskraftwerken. Sauber ist das nicht, wenn die Wärmepumpe mit diesem Mix betrieben wird, denn diese Stromquellen erzeugen radioaktive Abfälle und hohe CO2-Emissionen. Das Attribut ‚sauber‘ gilt erst, wenn der Strom für die Wärmepumpe vollständig aus erneuerbaren Energien stammt.

Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt von vielen Faktoren ab. Zunächst muss das Wärmepumpen-Aggregat über einen möglichst hohen COP-Wert verfügen. Diese Leistungszahl steht für „Coefficient of Performance” und drückt aus, wieviel Wärme mit einer Kilowattstunde Strom aus Luft, Erdreich oder Wasser bei voller Leistung erzeugt wird. Die Stromspar-Website www.topten.ch listet Luft/Wasser-Wärmepumpen nur, wenn der gemessene COP-Wert mindestens 3,3 beträgt. Das heisst: Die Anlage muss mit einer kWh Strom mindestens 3,3 kWh Wärme erzeugen. Bei Sole/Wasser Wärmepumpen muss der COP-Wert mindestens 4,3 erreichen. Zum Vergleich: Eine Elektroheizung macht aus einer kWh Strom eine kWh Wärme. Die COP-Messungen werden allerdings unter bestimmten Betriebsbedingungen gemacht. Diese sind jedoch nicht repräsentativ für den Einsatz über das ganze Jahr.

Es läuft vieles schief
Wie effizient eine Wärmepumpe tatsächlich ist, drückt deshalb erst die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) aus. Sie beschreibt das Verhältnis von abgegebener Nutzwärme zum dafür erforderlichen Stromverbrauch während eines Betriebsjahres. Je höher die JAZ, desto effizienter ist ein Wärmepumpensystem. Beeinflusst wird die JAZ nicht nur vom Wirkungsgrad des Wärmepumpenaggregates (COP-Wert), sondern auch von der Abstimmung der verschiedenen Komponenten aufeinander, der gewählten Temperatur des Heizwassers, dem Anlagenkonzept, der Einstellung der Anlage sowie der Realisierungsqualität. „Das sind komplexe Systeme“, sagt Jürg Nipkow, Experte für Wärmepumpen bei der Schweizerischen Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E.). Es gebe sehr viele Möglichkeiten, etwas falsch zu machen. „Viele dieser Fehler drücken dann die Jahresarbeitszahl in den Keller“, weiss er. Luft-Wärmepumpen mit einer JAZ von 2 seien schlecht. Das heisst: Mit einer kWh Strom werden gerade mal zwei kWh Wärme erzeugt. Die Hälfte des Wärmebedarfs muss in diesem Fall mit Strom gedeckt werden. Ein solcher Wert sei durchaus typisch für Anlagen in Altbauten. Gründe dafür sieht Nipkow in billigen Komponenten, mangelhafter Ausführung und Anlagesteuerung sowie zu hohen Heizwassertemperaturen für zu kleine Radiatoren.

Handgelenk mal Pi
In die gleiche Richtung äussert sich auch Peter Hubacher, Ressortleiter Qualitätssicherung bei der Fachvereinigung Wärmpumpen Schweiz (FWS): „Die Planer wollen sich nicht dreinreden lassen, sie sind der Meinung, sie wüssten, wie es geht. Aber leider wissen es viele nicht.“ Bei Einfamilienhäusern werde die Heizleistung nicht berechnet, sie ergebe sich „aus Pi mal Handgelenk“. Für die Effizienzverbesserung bei Wärmepumpenanlagen müsse zuerst und vor allem der Einbau optimiert werden, so der FWS-Fachmann.

Für S.A.F.E.-Experte Jürg Nipkow sind Jahresarbeitszahlen von mindestens 6 technisch mit heutigen Komponenten möglich. Dabei spricht er von Erdsondenanlagen mit Fussbodenheizung und Heizwassertemperaturen von höchstens 30°C. Zu einem solch hocheffizienten System gehören ebenso grosszügig ausgelegte Wärmetauscher, Wasser statt Frostschutz in den Erdsonden, hocheffiziente Umwälzpumpen gemäss Ecodesign-Verordnung der EU sowie eine intelligente Steuerung. Gegenüber einem schlechten System mit einer JAZ von 2 oder einer mässigen JAZ von 3 braucht ein solches Wärmepumpen-Heizsystem nur noch einen Drittel, bzw. die Hälfte des Stroms.

Kostenvergleich von Heizsystemen
Die Zahlen gelten für die Heizungserneuerung in einem Einfamilienhaus und sind Schätzwerte. Der Energiebedarf liegt bei 14‘700 kWh/Jahr für Heizung und Warmwasser. Eine Luft/Wasser-WP mit einer JAZ von 2,5 benötigt dafür rund 5900 kWh Strom pro Jahr; eine Sole/Wasser-WP mit einer JAZ 3,5 rund 4200 kWh. Quelle: www.heizanlagenvergleich.ch

 

Luft/Wasser-WP

Sole/Wasser-WP

Ölheizung

Gasheizung

Investitionskosten

27380.-

36790.-

29920.-

26930.-

Energiekosten/Jahr

690.-

450.-

1450.-

1500.-

Betriebskosten/Jahr

2200.-

1990.-

3380.-

2950.-


Jahresarbeitszahlen
Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt sehr stark von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heiztemperaturniveau ab. Je höher die die Temperatur der Wärmequelle (Erdreich, Luft, Grundwasser) und je tiefer die Heiztemperatur des Gebäudes desto höher ist die Effizienz (Jahresarbeitszahl). Auch das Benutzerverhalten beeinflusst die Effizienz. Das Bundesamt für Energie gibt deshalb für verschiedene Wärmepumpensysteme die JAZ in einer Bandbreit an. Quelle: „Wärmepumpen – häufig gestellte Fragen“; Bundesamt für Energie BFE, Februar 2010

Jahresarbeitszahlen

Neubau

Sanierung

Luft/Wasser-Wärmepumpen

2.8 – 3.5

2.5 – 3.0

Sole/Wasser Wärmepumpen

3.5 – 4.5

3.2 – 4.0

Wasser/Wasser-Wärmepumpen

3.8 – 5.0

3.5 – 4.5


Checkliste
Effizient und sauber: Das brauchts

  • Gute Gebäudehülle: Je tiefer der Wärmebedarf, desto geringer muss die elektrische Leistung der Wärmepumpe sein. Bei bestehenden Bauten: Vor dem Einbau einer Wärmepumpe eine energetische Sanierung der Gebäudehülle prüfen (Förderbeiträge siehe www.dasgebaeudeprogramm.ch).
  • Hoher COP-Wert: Je höher der COP-Wert des Wärmepumpen-Aggregats desto effizienter arbeitet es (siehe www.topten.ch).
  • Drehzahlregelung: Solche Wärmepumpen werden auch als „modulierend“ oder „Inverter-Wärmepumpen“ bezeichnet. Sie passen die Wärmeleistung dem effektiven Bedarf besser an, haben weniger Ein-Ausschalt-Zyklen und eine bessere Ausnützung der Wärmetauscher. Daraus resultiert eine höhere Jahresarbeitszahl JAZ bei gleichem COP. Ein höherer Preis für die Drehzahlregelung lohnt sich in der Regel.
  • Richtige Dimensionierung: Bei der Dimensionierung der elektrischen Wärmepumpen-Leistung sollen keine unnötigen Leistungsreserven eingebaut werden.
  • Optimale Auslegung: Wärmepumpen arbeiten umso besser, je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizwassertemperatur ist.
  • Tiefe Heizwassertemperatur: Mit möglichst grossen Flächen für die Wärmeabgabe über Fussboden, Wände oder Radiatoren kann die Heizwassertemperatur tief gehalten werden (z.B. 35°C). Das erhöht Jahresarbeitszahl JAZ und die Effizienz des Systems. Die Senkung der Heizwassertemperatur um 5 °C reduziert den Stromverbrauch der Wärmepumpe um etwa 8 Prozent. Heizwassertemperaturen über 60 °C sind mit heutigen Wärmepumpen kaum sinnvoll.
  • Sparsame Umwälzpumpen: Hocheffiziente Umwälzpumpen benötigen bis zu 80 Prozent weniger Strom als herkömmliche Heizungspumpen. Ein Ersatz lohnt sich deshalb schnell und verbessert auch die Gesamteffizienz des Heizsystems (siehe www.topten.ch)
  • Umweltfreundliches Kältemittel: Das Kältemittel muss bezüglich Abbau der Ozonschicht unbedenklich sein. Dieses Kriterium erfüllen alle auf www.topten.ch gelisteten Wärmepumpen. Künstliche Kältemittel wie R134A, R407C, R404A oder R410A wirken sich im Falle einer Leckage negativ auf das Klima aus. Ihr Treibhauspotential ist 2000-5000 mal grösser als jenes von CO2.
  • Sauberer Strom: Erst der Betrieb der Wärmepumpe mit Ökostrom (Label naturemade star) oder Strom aus erneuerbaren Energien (naturemade basic und vergleichbares TÜV-Zertifikat) macht die Wärmepumpe wirklich zu einem sauberen Heizsystem.


Darauf müssen Sie achten

  • Wärmepumpen-Gütesiegel: Die Wärmepumpe erfüllt die minimalen technischen Anforderungen.
  • Gütesiegel für Bohrfirmen: Bohrarbeiten (Erdwärmesonden) werden nach dem Stand der Technik durchgeführt. Dem Umwelt- und Gewässerschutz kommen dabei hohe Bedeutung zu.
  • Fachpartner-Zertifikat: Wärmepumpenfachleute mit zweitstufiger Weiterbildung und erfolgreicher Fachprüfung.
  • Fachberatung: Die Planung und Ausführung von Wärmepumpenanlagen ist anspruchsvoll. Lassen Sie sich von einer unabhängigen Fachperson beraten (Fachplaner mit Zertifikat, Energieberater), die auch vergleichbare Offerten einholt.

Autor: Armin Braunwalder, Schweizerische Agentur für Energieeffizienz
Quelle: www.ee-news.ch

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