Lang - die Wärmepumpe

Die Wärmepumpe
Kostenlose Naturenergie auf dem
eigenen Grundstück nutzen
BUND Stuttgart
28.04.2007
Referent: Jürgen Lang
BARTL Wärmepumpen
Ablauf:
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Die möglichen Wärmequellen
Kostenvergleich WP/Öl/Gas/Pellets
Was ist eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe beheizt Ihr Gebäude und sorgt für warmes
Wasser, und zwar das ganze Jahr
Es werden keine fossilen Energieträger wie Öl oder Gas benötigt
Ca. 75% der benötigten Energie werden aus der direkten
Umgebung des Gebäudes geholt
Nur ca. 25% Antriebsenergie werden in Form von Strom benötigt
Die Wärmepumpe „pumpt“ Energie aus der direkten Umgebung
des Gebäudes ins Haus
Bei Öl oder Gas muss die Energie viele tausend Kilometer
transportiert werden
Grundsätzliche Funktion der
Wärmepumpe
Prinzip des Kühlschrankes
Geschlossener, vollhermetischer Kreislauf
Auf der „kalten“ Seite wird Energie aufgenommen
Auf der „warmen“ Seite wird Energie abgegeben
Es ist eine Wärmequelle erforderlich
Funktionsablauf:
Im Verdichter wird gasförmiges Kältemittel von niedrigem
auf hohen Druck verdichtet, dadurch wird das Kältemittel
heiß
Heißes Kältemittel wird im Verflüssiger abgekühlt und
verflüssigt und gibt dabei Wärme ab (Wasser wird warm)
Im Drosselorgan wird der Druck des flüssigen warmen
Kältemittels reduziert, dadurch wird das flüssige Kältemittel
kalt
Im Verdampfer wird dem sehr kalten Kältemittel Wärme
zugeführt (Erdreich, Grundwasser, Außenluft) und das
Kältemittel verdampft
Usw., usw., usw.
10°C
P:
80°C
Hochdruck
P0::Niederdruck
0°C
40°C
T Ü:
Überhitzungstemperatur
T:
VL Temperatur Heizung
T0:
Temperatur Wärmequelle
Qzu:
Entzugsleistung
W:
Verdichterarbeit
Qab:
Heizleistung
Qzu + W = Qab
75% + 25% = 100%
Darstellung gesamter Kältekreislauf
Die Bauteile der Wärmepumpe
Verdichter
Verflüssiger
Drosselorgan
Verdampfer
Kältemittel
Der Verdichter
Vollhermetische Ausführung
Scrollverdichter
•
•
•
•
Sehr laufruhig
Keine Verschleißteile
Hohe Effizienz bei geringem Temperaturhub
Einsatz bei Sole und Grundwasser WP
Hubkolbenverdichter
•
Werden bei Wärmepumpen fast nicht mehr eingesetzt
Der Verflüssiger
Edelstahlplatten Wärmetauscher
•
•
•
•
Mit Kupferfolie verlötete Edelstahlplatten
Höchste Effizienz
Empfindlich bei Verschmutzung
Geringer Platzbedarf
Koaxial Wärmetauscher
•
•
Unempfindlicher bei Verschmutzung
Deutlich größer
Der Verdampfer(I)
Edelstahlplatten Wärmetauscher
•
•
•
•
•
Mit Kupferfolie verlötete Edelstahlplatten
Höchste Effizienz
Empfindlich bei Verschmutzung
Geringer Platzbedarf
Einsatz bei Sole WP´s (geschlossener Kreislauf)
Koaxial Wärmetauscher
•
•
•
Unempfindlicher bei Verschmutzung
Deutlich größer
Verwendung bei Grundwasser WP
Der Verdampfer(II)
Lamellen Wärmetauscher
•
•
•
•
Aluminium Lamellen auf Kupferrohr
Einsatz bei Luft Wärmepumpen
Kondensatablauf beachten
Abtauung erforderlich
Das Drosselorgan
Schnittstelle zwischen Hoch- u.
Niederdruck
Dosiert die Kältemittelmenge
die zum Verdampfer gelangt
Schützt Verdichter vor
Flüssigkeitsschlägen
Ausführung thermostatisch
oder elektrisch
Überhitzung einstellbar
Das Kältemittel
Früher gebräuchliche Kältemittel wie R12, R22 u.
R502 sind heute in Neuanlagen verboten
Heute wird R134a, R407C, R404A, R410A oder
Propan eingesetzt
Bei Propan muss Aufstellraum entlüftet werden
Wichtig: hermetischer Aufbau damit kein KMVerlust auftreten kann
Keine weit verzweigten Systeme
(Direktverdampfung, Direktkondensation)
Die Leistungszahl
Setzt die aufgenommene Energie ins
Verhältnis zur abgegebenen Energie
Ist nicht konstant sondern von sich ständig
ändernden Randbedingungen abhängig
Temperatur der Wärmequelle und des
Wärmeverbrauchers sind entscheidend
Leistungszahl = abgegebene Energie/aufgenommene Energie
Ziel > 3,5
Die Wärmeverteilung
Vorlauftemperatur möglichst niedrig
Optimal geeignet Flächenheizsystem,
Fußboden- oder Wandheizung
Radiatoren müssen auf max. 45°C
ausgelegt werden
Abschaltzeiten vom Energieversorger
beachten
Je niedriger die Vorlauftemperatur umso
besser ist die Leistungszahl
Der Pufferspeicher
• Überbrückung der Sperrzeiten, je
nach Energieversorger bis zu 3 x 2
Stunden
• Sicherstellung von
Mindestlaufzeiten der WP, die
Leistung der WP von 15 Minuten
Laufzeit sollte aufgenommen
werden können
Die Wärmequellen
Erdwärmesonde
Erdreichflächenkollektor
Grundwasser
Außenluft
Die Erdwärmesonde
Tiefenbohrung bis ca. 150m
Durchmesser 12 – 20 cm
Doppel U-Sonde (2 x VL, 2 x RL)
Kunststoff HD-PE Ø 25 – 40mm
Geologie beachten
Mindestabstände bei Sondenfeldern beachten
Ringraum fachgerecht verfüllen
Alle Leistungsbereiche
Die Erdwärmesonde, Kosten
Ca. € 60.-- - € 90.--/Bohrmeter
Beispiel:
Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus
erforderlich ca. 160 Bohrmeter
ca. € 12.000.—
Der Erdreichflächenkollektor
Verlegetiefe ca. 1,2 – 1,5m
Verlegeabstand ca. 30 – 50cm
Kunststoffrohr HD-PE Ø 20 – 25mm
Fläche hängt vom Untergrund ab
Optimal ist ein feuchter, lehmiger Boden
Ca.0,5 - 2-fache Fläche im Garten erforderlich
Kostengünstige Wärmequellenerschließung für
kleine bis mittlere Leistungen
Der Erdreichflächenkollektor
Kosten
Durch Eigenleistung große Einsparung möglich
Beispiel:
Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus
erforderlich ca. 200 m² Fläche
Materialkosten ca. € 2.000.—
Erdarbeiten und Verlegekosten ca. € 1 – 3.000.--
Erdsonde
Flächenkollektor
Anlagenbeispiel
Erdreichflächenkollektor
Gesamtschule Adelsried bei Augsburg
seit 1982 in Betrieb
Heizleistung: 150 kW
3 x WB 16 S
20.000m Rohr im Erdreich verlegt
Gesamtschule Adelsried
Seit 1982 in Betrieb
Heizleistung: 150 kW
3 x WB 16 S
20.000 m Rohr im Erdreich
Sole - Wasser Wärmepumpe Eco 0,8 - 10S
Heizleistung: ca. 4 - 24 kW
Sole - Wasser Wärmepumpe WB 10 - 36S
Heizleistung: ca. 23 - 100 kW
Das Grundwasser
Offenes System
Spezielle Wärmetauscher oder
Zwischenkreis erforderlich
Wasserqualität beachten
Förder- und Schluckbrunnen
Wasserrechtliche Genehmigung
Beste Leistungszahlen
Alle Leistungsbereiche
Das Grundwasser, Kosten
Ca. € 200 – 300.--/ Brunnenmeter
Tiefe unabhängig vom Wärmebedarf
Beispiel:
Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus
Wasserstand bei 5 m
Brunnentiefe ca. 8m
Gesamtkosten Brunnen ca. € 4.000.--
Die Außenluft (I)
Überall einsetzbar und verfügbar
Keine aufwändigen Erschließungsarbeiten
Unerschöpflich
Niedrige Leistungszahlen bei extremen
Temperaturbedingungen, im Jahresmittel aber
ausgeglichen
Kleine und mittlere Leistungen
Durch die Nutzung der Abluft einer Lüftungsanlage ist eine Wärmerückgewinnung quasi
kostenlos möglich
Die Außenluft (II)
Wärmebedarf des Gebäudes bei Auslegungstemperatur (-12°C bis -16°C) ermitteln
Auslegung Vollbetrieb WP auf AT ca. -7°C
(Bivalenzpunkt)
Bei tieferen AT Unterstützung durch 2.
Wärmeerzeuger (in der Regel E.-Heizstab)
Die Außenluft (I), Kosten
Keine speziellen Erschließungskosten
Beispiel:
Neubau, 200m² Wohnfläche, Niedrigenergiehaus
Mehrpreis WP gegenüber Sole ca. € 2.000.—
bei Luft Kompakt Wärmepumpe
Luft - Kompakt - Wärmepumpe zur
Innenaufstellung
ECO 3 - 8 LCI
Heizleistung: ca. 6 - 15 kW
Luft - Split - Wärmepumpe
ECO 3 – 6 LS
WB 8 - 16LS
Heizleistung: ca. 7 - 30 kW
Anlagenbeispiel Luft
Wärmepumpe
Energiezweckverband Wörth/Main
Seit 1998 in Betrieb
Beheizte Fläche: 980m²
WP Typ: WB 16 LS TR zum Heizen und Kühlen
Außenteil der Luft Split WP nicht sichtbar auf dem
Dach montiert
Kriterien für die
Auswahl der Wärmequelle
Platzverhältnisse auf dem Grundstück
Klimatische Lage
Situation mit Nachbargebäuden
Bodenbeschaffenheit
Finanzielle Situation des Bauherrn
Wünsche des Bauherrn
Emmissionswerte
400
350
300
250
200
150
100
50
0
364
Wärmepumpe
269
Ölkessel
233
163
Emmission in g CO 2 / kWh Wärme
Gaskessel
Gasbrennwertkessel
Primärenergieeinsparung bei der Nutzung einer
Wärmepumpe
45%
44%
43%
42%
41%
40%
39%
38%
44%
gegenüber Öl
43%
gegenüber Gas
gegenüber Gasbrennwert
40%
Primärenergieeinsparung in %
CO 2 Minderung durch den Einsatz einer
Wärmepumpe
60%
50%
55%
40%
30%
20%
gegenüber Öl
39%
gegenüber Gas
30%
10%
0%
CO 2 Minderung in %
gegenüber Gasbrennwert
Wärmepumpen für besondere
Anwendungen
Zusatznutzen durch freie Kühlung
Die Wärmepumpe mit der Heißgasentwärmung für hohe
Brauchwassertemperaturen
Die Kühlfunktion
Bei Sole- u. Grundwasser Wärmepumpe freie
Kühlung möglich, dadurch geringste Betriebskosten f.
Kühlbetrieb
Über Kreislaufumkehrung Kühlung auch bei Luft WP
möglich
Wärme/Kälteverteilung muss geeignet sein
(Flächenheiz-/kühlsystem oder spezielle Truhen)
Spezielle Raumthermostate erforderlich
Bei Sole WP durch Kühlbetrieb Verbesserung der
Leistungszahl auch beim Heizbetrieb
Die freie Kühlung
Bei Sole- und Wasser- Wärmepumpen
Solekreis wird umgeleitet
Verschraubte Plattenwärmetauscher bei
Wasser-Wasser- Wärmepumpen
Hydraulikbeispiel
Worauf ist zu achten
geschraubter Plattenwärmetauscher bei Wasser-WasserWärmepumpen
Frostschutzthermostat im Freikühler
Raumthermostat mit Heizen/Kühlen Funktion
Bei Einzelraumregelung elektrothermische Ventile (sie
erhalten ihr Auf-Kommando vom Raumthermostat)
Bei einfacher Ausführung mit Kaltwasserregelthermostat –
Vorlauftemperatur kann auf 16-19°C eingestellt werden
Aufwändige Regelung ist eine Taupunktregelung –
Mischer hält die Temperatur immer oberhalb des
Taupunktes
Die Heißgasentwärmung
Brauchwassererwärmung bis ca. 65°C in
Verbindung mit BARTL- Systemspeicher
möglich
Leistungszahl immer noch zwischen 4 und 5
(z. Bsp. WQ Sole, VL 35°C)
Für alle Wärmepumpen Typen lieferbar
Entlasteter Betrieb trotz hoher VL
Temperaturen, dadurch lange Lebenszeit
Einfache Montage durch vorinstallierte
Ladepumpe
P:
Hochdruck
P0::Niederdruck
T Ü:
Überhitzungstemperatur
T:
VL Temperatur Heizung
T0:
Temperatur Wärmequelle
Qzu:
Entzugsleistung
W:
Verdichterarbeit
Qab:
Heizleistung
Qzu + W = Qab
75% + 25% = 100%
Zu beachten:
Speicher weder Kalt noch Warm überhöht betreiben
Nur tatsächlich benötigte Temperaturen erzeugen
Dadurch wird äußerst effektiver Betrieb möglich
Keine Nachheizregister mit unnötig hohen VL
Temperaturen einsetzen
Wärmequelle so gut wie möglich aufbauen
Einsatzmöglichkeiten
Ein- und Mehrfamilienhäuser
Kindergärten, Schulen
Rathäuser, Museen
Sporthallen, Tennisplätze
Campingplätze
Überall wo Heizung oder Warmwasser
benötigt wird
Fazit
Der Einsatz einer Wärmepumpe senkt deutlich
den CO2 Ausstoß und den
Primärenergieverbrauch bei vernünftigen
Einsatzbedingungen
Moderne Wärmepumpentechnik arbeitet
zuverlässig, geräuscharm und kostengünstig
Betriebskosten können effektiv um ca. 50 %
gesenkt werden
Die Wärmepumpe
Das Heizsystem der Zukunft
Nutzung kostenloser Umweltenergie
Einsparung von Primärenergie
Kamin u. Brennstofflager entfallen
Keine Vorfinanzierung von Brennstoff
Komfortable Heiztechnik
einfache Bedienung
Jederzeit und überall einsetzbar
Reduzierung von Schadstoffen und CO2
Ausstoß
Vor Ort emissionsfrei
Die Wärmepumpe, denn es lohnt sich es besser zu machen!