Jahresarbeitszahlen von 33 Wärmepumpen
Bild Quelle: Jahresbericht Agenda 21 ( Rad= Radiator, FbHz=Fußbodenheizung )
Feldtest Elektro-Wärmepumpen. 33 Heiz- und 5 Warmwasser Wärmepumpen wurden Untersucht, Ergebnisse bei Luftwärmepumpen nicht zufriedenstellend.
Erdwärmesysteme sind klar im Vorteil!
Zu dieser Überzeugung gelangt die lokale Agenda 21 in Ihrem Jahresabschlussbericht, welcher Erdwärme-Zeitung.de vorliegt. Aus über 100 Interessenten untersuchte die Lokale Agenda 21 - Gruppe Umwelt/Energie in Zusammenarbeit mit der Ortenauer Energieagentur, dem Landratsamt, dem Steinbeis-Transferzentrum, der Badenova, und dem EWM 33 Heiz- und 5 Warmwasser-Wärmepumpen zwischen Freiburg und Bühl sowie zwischen dem Rhein und der Kinzig.
Als Wärmequelle nutzen 13 Anlagen Luft, 13 Anlagen Erdreich ( 11 Erdwärmesonden, 2 horizontale Kollektoren ) und 7 Anlagen das Grundwasser. Es sind 11 Wärmepumpenhersteller vertreten. 24 Anlagen verfügen über eine integrierte und 9 Anlagen über eine getrennte Warmwasserbereitung, 6 Anlagen arbeiten ohne Heizungspufferspeicher. 22 von den untersuchten 33 Anlagen sind mit einer Fußbodenheizung ausgestattet.
Unter den Anlagen befinden sich 4 „Sonderfälle“ sowie 5 Kleinwärmepumpen zur Warmwasserbereitung. Hierbei handelt es sich um eine Luft- Wärmepumpe mit Luftvorerwärmung über die Wohnräume, zwei Erdreich- Wärmepumpen mit einer sog. Heißgasentwärmung für die Warmwasserbereitung sowie eine Kompakt- Wärmepumpe mit Wärmerückgewinnung und Vorerwärmung der Frischluft über einen Erdkollektor in einem Passivhaus. Wichtig bei der Auswahl waren: die geographische Lage, die Art der Wärmequellen Luft, Erdreich oder Grundwasser, das Alter der Wärmepumpen (max. 4 Jahre) und die Hersteller.
Die Energieeffizienz wird anhand der Jahresarbeitszahl ( JAZ ) beurteilt. Die JAZ definiert das Verhältnis erzeugter Wärme zum eingesetzten Strom inklusiver der Hilfsenergie für Elektroheizstab, Sole- und Förderpumpen, Steuerung/Regelung, Lüfter und Ladepumpe für den Speicher falls vorhanden. Bei der Nutzung von Erdwärme sind die eingebauten Elektroheizstäbe fast immer von Hand ausgestellt. Um die JAZ ermitteln zu können wurden nachträglich Wärmemengenzähler bei den zu untersuchenden Anlagen eingebaut. Die Betreiber der Anlagen melden monatlich die Wärme- und Elektrozählerstände. ( Normal – Messprogramm 32 von 33 Anlagen ). Bei dem zu untersuchenden Passivhaus in Lahr wurde eine automatische Messwerterfassungsanlage eingebaut, die Datenlogger erfassen im Rhythmus von zwei Sekunden acht Messkanäle und berechnen intern abgeleitete Kenngrößen wie Arbeitszahlen, dass Auslesen der Daten erfolgt einmal im Monat mit einem Notebook.
Normal- Messprogramm Ergebnisse
Die Grafik zeigt das Jahresergebnis ( Jahresarbeitszahlen, gemittelt ) von Oktober 2006 bis zum September 2007.
Folgende Ergebnisse wurden erreicht: Luft- Wärmepumpen ( JAZ 2,83 bei FbHz sowie 2,3 bei Rad. ) , Grundwasser- Wärmepumpen ( JAZ 3,0 bei FbHz sowie 3,4 bei Rad. ) und Sole- Wärmepumpen ( 3,38 bei FbHz sowie 3,3 bei Rad.) Anmerkung der Redaktion: Bitte beachten Sie hier die Anzahl der zu untersuchenden Wärmepumpen in der jeweiligen Kategorie.
Es wird zwischen den Wärmequellen sowie Fußboden- oder Radiatorheizungen unterschieden. Erwähnt wird im Abschlussbericht, dass gerade mal zwei von dreizehn Luft- Wärmepumpen die JAZ von 3 überschreiten, und zwar JAZ 3,1 sowie 3,3 im Passivhaus. Der Unterschied zwischen Radiator- und Fußbodenheizungen beträgt im Jahresmittel bei Luftwärmepumpen 0,53 AZ- Punkte.
Grundwasser- Wärmepumpen schneiden mit einer mittleren JAZ von 3,0 im Untersuchungsbericht überraschend schlecht ab. Die höhere Wärmequellentemperatur bringt hier keine Vorteile gegenüber geschlossenen Erdwärmesondensystemen.
Bild Quelle: Jahresbericht Agenda 21 ( Rad= Radiator, FbHz=Fußbodenheizung )
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Leider finden sich im Abschlussbericht keine Aussagen zu den JAZ von Erdwärmesonden im Verhältnis zu Erdwärmekollektoren. Hier bleiben Fragen offen. Eine mittlere Jahresarbeitszahl von 3,38 ( zwei Systeme erreichen eine JAZ größer 4 ) kann aber auch bei Erdwärmesystemen nicht befriedigend sein. Hier besteht Systemoptimierungsbedarf. Überaschend ist jedoch der geringe Systemunterschied zwischen Fußbodenheizung und Radiatoren von nur 0,1 AZ- Punkte, allerdings sollte man hier das Verhältnis der untersuchten Anlagen von 11 zu 2 berücksichtigen.
Aufgrund der Divergenz zwischen der Heizleistung der Wärmepumpe und dem Heizwärmebedarf vom Haus sind Luft- Wärmepumpen bei Radiatorsystemen scheinbar klar im Nachteil gegenüber Erdwärmesystemen, den ja tiefer die Außentemperaturen, desto größer ist der Heizwärmebedarf des Hauses.
Als Bemerkenswert wird im Abschlussbericht die große Bandbreite der JAZ von 1,9 bis JAZ 4,2 bezeichnet. Die JAZ von 4,2 wird von einer Grundwasser- Wärmepumpe mit einem Brunnendurchmesser von zwei Metern erreicht.
Die Grafik zeigt die Jahresergebnisse am Ausgang der Wärmepumpen ( Erzeuger- Arbeitszahl für „nur Heizung“ oder „Heizung und Warmwasser“ ). Hier besteht nach Meinung der Redaktion Optimierungsbedarf bei der Untersuchung. Bei einem Einsatz von zusätzlichen Heizungspuffer- und Brauchwasserspeichern erniedrigen sich die Jahresarbeitszahlen um 0,3 Arbeitspunkte laut Untersuchungsbericht. Warmwasser-Kleinwärmepumpen bringen keinen Vorteil hinsichtlich der Systemarbeitszahl, dass Ergebnis entspricht den kombinierten Systemen.
Die Sonderfälle wie oben beschrieben können keine Vorteile gegenüber den „ herkömmlichen Systemen“ bieten. ( siehe Abschlussbericht ). Reine Warmwasserwärmepumpen erreichen mit einer mittleren JAZ von 1,9 nicht die geforderte mittlere JAZ von 3,0.
Zusammenfassung der ersten Ergebnisse
Der Untersuchungsbericht mit den ersten Messwerten von Oktober 2006 bis September 2007 zeigt deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Wärmepumpensystemen. Erdwärme- Systeme erreichen in Verbindung mit einer Fußbodenheizung die besten Jahresarbeitszahlen. Grundwasser- Wärmepumpen enttäuschen mit einer mittleren JAZ von 3,0. Das Schlusslicht der Untersuchung bilden Luft- Wärmepumpen. Bei Fußbodenheizungen beträgt die mittlere JAZ bei diesen systemen lediglich 2,8 und das bei besten Temperaturbedingungen ( Jahresmitteltemperaturen 10,5 Grad ) im Untersuchungsgebiet. Reine Klein - Warmwasserwärmepumpen sollten laut Agenda21 aufgrund der schlechten mittleren JAZ von 1,9 nicht mehr eingesetzt werden.
Fußbodenheizungen sind gegenüber Radiatorheizungen mit 0,1 ( Sole ) bis 0,5 ( Luft ) Arbeitszahlenpunkten klar im Vorteil, besonders ist hier der Unterschied bei Luftwärmepumpen zu nennen. Laut agenda21 reagieren Luft- Wärmepumpen im Gegensatz zu Erdwärmepumpen empfindlicher mit einem hohen Stromverbrauch, wenn der Betreiber Radiatoren einsetzt. Eine getrennte Warmwasserversorgung sowie Sonderbauformen von Wärmepumpen bringen laut Untersuchungsbericht ebenfalls keine Vorteile.
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Zitat aus dem Untersuchungsbericht:
„ EMPFEHLUNGEN ZUM EINSATZ VON ELEKTRO - WÄRMEPUMPEN
Die Lokale Agenda 21 – Gruppe Umwelt/Energie empfiehlt auf Grund der Jahresergebnisse von 33 Heiz- und 5 Warmwasser-Elektro-Wärmepumpen
-Erdreich-Wärmepumpen (Sonden oder Horizontalregister) in Verbindung mit Fußbodenheizungen wegen ausreichender Effizienz und merklichem Beitrag zum Klimaschutz. Dieses System erspart der Umwelt bei einer in der Praxis ermittelten Jahresarbeitszahl von 3,4 etwa 25 % Kohlendioxid gegenüber einem Brennwertkessel. Dazu ist freilich eine berechnete Jahresarbeitszahl von über 4 notwendig.
-Verzicht auf einen Heizungspufferspeicher bei Fußbodenheizungen, weil diese schon einen ausreichend hohen thermischen Puffer darstellen! Der Gewinn: plus 0,1-Arbeitszahlpunkte. Außerdem: Die Fußbodenheizungen etwas großzügiger auslegen (max. 30 °C statt 35°C), die Heizkurven nicht zu hoch einstellen und den vorgeschriebenen hydraulischen Abgleich bei der Wärmesenke auch durchführen.
-Kombinierte Wärmepumpensysteme für Heizung und Warmwasser, weil die getrennte Warmwasserversorgung keine Vorteile bringt. Das erübrigt die ineffizienten Elektrospeicher und Warmwasser-Wärmepumpen.
-Keinen Einsatz von Luft-Wärmepumpen, weil sie unter realistischen Betriebsbedingungen nur in ganz wenigen Einzelfällen effizient sind. Das Mittel der Erzeuger- Arbeitszahl beträgt nur 2,8 und der System-Arbeitszahl 2,5.Damit lässt sich das Klimaschutzziel der Bundesregierung nicht erreichen, bis zum Jahre 2020 30% Primärenergie und damit das schädliche Treibhausgas Kohlendioxid einzusparen. Das gelingt nur mit Grundwasser- und Erdreich-Wärmepumpen.“
Quelle: http://www.agenda-energie-lahr.de/index.html
Untersuchungsbericht komplett als pdf
Fazit der Redaktion
Es bleiben Fragen offen. Warum schneiden einige Wärmepumpen im Vergleich relativ schlecht ab? Wurden diese untersuchten Anlagen fachgerecht geplant und installiert? Wie hoch sind die Systemtemperaturen z.B. Vorlauf- und Raumtemperaturen? Handelt es sich um Neu oder Altbaugebäude? Wurde die Gebäudehülle optimiert? Wie wurde das Nutzerverhalten bewertet? Sind die Förderpumpen von Wasser-Wasser Wärmepumpen optimal ausgelegt? Welche Wärmemengenzähler wurden eingesetzt? Wurden die zum Teil erheblichen Messtoleranzen berücksichtigt. Wie können diese Anlagen optimiert werden? Hier sind Lösungsansätze zu finden.
Es wurde kein Geheimnis gelüftet, Sole – Wasser Wärmepumpen erreichen in Verbindung mit einer Warmwasserbereitung durchschnittliche Jahresarbeitszahlen ( nicht Arbeitszahl ) von 3,4 bis 3,6 erreichen. Dies wurde schon bei früheren Untersuchungen / Feldtests nachgewiesen. Sie erwirtschaften aus einem KW Strom mindestens 3,4 KW Wärme, somit sind diese Systeme sehr Wirtschaftlich und Umweltfreundlich. Jahresarbeitszahlen größer 4 können hier bei Systemoptimierung, Nutzerverhalten und richtiger Planung erreicht werden, dies sollte Anspruch aller Anlagenbetreiber, Anlagenersteller und Systemanbieter sein. Natürlich sollte man erwähnen, dass auch der Nutzer und Betreiber einer Wärmepumpenanlage einen erheblichen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl hat.
Nur mir fachgerecht eingebauten und betriebenen Systemen werden Elektro- Wärmepumpen, bezogen auf den Klimaschutz, mit fossilen Heizsystemen konkurrieren können. Die neuen Fördermaßnahmen der Bundesregierung leisten dazu einen erheblichen Beitrag, da aufgrund der Förderbedingungen jetzt nahezu alle neuen Systeme hinsichtlich Ihrer Wirtschaftlich- und Umweltverträglichkeit überprüft werden können.
Silvio Klenner Erdwärme-Zeitung.de Zwickau 04-2008
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