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Erdwärme-Zeitung.de | 18. November 2017

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Wärmepumpen-Effizienz – Feldtest des Fraunhofer ISE

Wärmepumpen-Effizienz – Feldtest des Fraunhofer ISE
Ergebnisse zeigen hohe Jahresarbeitszahlen für Sole/Wasser-Wärmepumpen

Elektrische Wärmepumpensysteme gewinnen immer größere Marktanteile bei der Heizung und Warmwasserbereitung von Gebäuden. Mittlerweile sind über 400 000 Anlagen in Deutschland installiert.

Das Projekt „WP-Effizienz“ wurde im Zeitraum Oktober 2005 bis September 2010, mit dem Hauptziel der unabhängigen Ermittlung der Effizienz der Wärmepumpenanlagen von deutschen Wärmepumpenherstellern, durchgeführt. Im Rahmen des Projektes wurden insgesamt 112 Wärmepumpenanlagen untersucht. In der anonymisierten Auswertung der Messdaten wurden 56 Erdreich/Wasser-, 18 Luft/Wasser, sowie 3 Wasser/Wasser-Wärmepumpenanlagen berücksichtigt. Der überwiegende Anteil der Heizwärmeverteilungsanlagen nutzt eine Fußbodenheizung. Die mittlere beheizte Fläche der untersuchten Gebäude beträgt 199 m2, der mittlere Heizwärmeverbrauch im Jahr 2009 72 kWh/m2a.

Die Gesamtauswertungsperiode der untersuchten Wärmepumpenanlagen reicht von Juli 2007 bis Juni 2010.

Erdreichwärmepumpen erreichen höhere Arbeitszahlen als Luft- und Grundwasser-Wärmepumpen. Während des Tests wurden mittlere Jahresarbeitszahlen von 3,9 für Erdreich- und von 2,9 für Luft-Wärmepumpen ermittelt.

Wärmepumpen nutzen z.B. die Außenluft, das Erdreich oder Grundwasser als Wärmequelle. Neben oberflächennahen Wärmeabsorbern werden bei der Erdreichvariante tiefe Erdsonden derzeit verstärkt genutzt. Wärmepumpen können Umweltwärme niedriger Temperatur – zum Beispiel aus dem Erdreich mit 0 bis 10 °C – auf ein höheres Niveau, im Allgemeinen auf 30 bis 65 °C anheben.

Alle untersuchten Wärmepumpen nutzen Strom als Antriebsenergie. Hauptkriterium für die Beurteilung einer Wärmepumpenanlage ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie gibt das Verhältnis der erzeugten Nutzwärme zur eingesetzten elektrischen Energie (Strom für Wärme­pumpe, Solepumpe, Ventilator sowie elektrische Zusatzheizung und Regelung) an. »Bei elektrischen Wärmepumpen sollte die JAZ mindestens 3 betragen«, so Miara. »Berechnet nach DIN 4701-10 mit dem derzeitigen Primärenergiefaktor des deutschen Stromnetzes von 2,7 nutzen Wärmepumpenanlagen sogar bereits mit einer JAZ von 2,5 die Primärenergie besser als ein Gas-Brennwertkessel.«

»Richtig an den Wärmebedarf angepasste Wärmepumpen mit einer gut funktionierenden Regelung bringen gegenüber einer mit fossilen Brennstoffen versorgten Anlage eine Minderung sowohl des Primärenergieverbrauchs als auch der CO2-Emissionen«, so Projektleiter Marek Miara. »Weil wir die Daten minütlich erfassen, können wir besonders gut die Einbindung in das Heizsystem untersuchen und den Herstellern Hinweise zur Verbesserung geben.«

Luft-Wasser-Wärmepumpen und manche Sole-Wasser-Wärmepumpen haben eine elektrische Zusatzheizung, um bei Bedarf die Gesamtwärmeversorgung des Gebäudes zu sichern. Die elektrische Zusatzheizung wird bei der Arbeitszahl berücksichtigt. Erfreulicherweise war sie nur bei wenigen Anlagen in Betrieb.

»Grundsätzlich sind Wärmepumpen ausgereift, Optimierungsbedarf gibt es bei der Einbindung in das Versorgungssystem des Hauses«, erläutert Miara die vorläufigen Ergebnisse. »So können eine schlecht eingebundene Wärmequelle oder eine nicht korrekt ausgelegte Wärmeverteilung die Arbeitszahl der Wärmepumpe verringern. Kernpunkt ist die sorgfältige Auslegung des gesamten Systems, nicht nur seiner Einzelkomponenten«.

Fazit aus den untersuchten Systemen: Wer sorgfältig plant und installiert, kann eine sehr gute Effizienz erzielen. Die besten Anlagen erreichen eine Jahresarbeitszahl von 4 und darüber. Das bedeutet, dass mehr als viermal so viel Wärmeenergie bereitgestellt wird wie die Wärmepumpe an Strom benötigt.

Die beste Ausbeute erreichen Systeme, die das Erdreich als Wärmequelle nutzen und ein Heizungssystem mit niedrigen Vorlauftemperaturen verwenden, z. B. eine Fußbodenheizung.

Endberichte mit detaillierten Hinweisen für sinnvolle Einsatzbedingungen und einen effizienten Betrieb finden Interessierte unter http://wp-effizienz.ise.fraunhofer.de und http://www.wp-im-gebaeudebestand.de.

Daten zu realem Betrieb online verfügbar

Um auch der Allgemeinheit den Zugang zu aktuellen Messdaten und Ergebnissen zu verschaffen, gingen die Fraunhofer-Forscher einen ungewöhnlichen Schritt: Sie fanden acht Hauseigentümer, die bereit waren, anonymisierte Daten im Internet öffentlich zugänglich zu machen. So kann von Fachleuten wie Verbrauchern online der reale Betrieb dieser Wärmepumpenanlagen unter »Auswertung und Messdaten« auf der Website http://wp-monitor.ise.fraunhofer.de eingesehen werden. Viele grafische Details und Erklärungen zu diesen Wärmepumpen-Anlagen sind hier hinterlegt. Silvio Klenner 2014 Quellen: Veröffentlichungen Fraunhofer ISE

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