Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 5

    • Praktische Anwendung der Wärmepumpentechnik als Heizung

      Mit der Notwendigkeit, die zukünftige Heizung von Gebäuden erneuerbar zu bauen, bekommen Wärmepumpen, die auf der Basis von Ökostrom betrieben werden, eine wachsende Bedeutung. In dem Zusammenhang wurde in Kapitel 5 bereits das thermodynamische Prinzip einer Wärmepumpe erläutert.

      Wärme aus Luft und Boden

      Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder aus Wasser. Bei Bodenanlagen zirkuliert eine Sole, d.h. Wasser, welches mit Frostschutzmittel versehen ist, durch eine geschlossene Rohranlage im Boden und nimmt dabei die Bodenwärme auf.

      Bei einer Luft-Wärmepumpe zirkuliert kein Wasser, sondern die angesaugte Luft gibt ihre Wärme direkt an das Wärmepumpensystem ab. Wärmepumpen auf Abwasserbasis nutzen eine Abwassertemperatur, die im Jahresverlauf 10 bis 20°C beträgt, also eine hervorragende Wärmequelle abgibt.

      Eine Wärmepumpe arbeitet ähnlich wie ein Kühlschrank. Dieser arbeitet aber von Innen-nach-Außen, d.h. er entzieht seinem Innenraum die Wärme, kühlt damit die Lebensmittel und gibt sie nach außen ab. Die Wärmepumpe arbeitet umgedreht wie der Kühlschrank, von Außen-nach-Innen. Sie entzieht der Umwelt die Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Gebäude ab.

    • Wärmepumpen eignen sich insbesondere für Heizungskreisläufe mit einer geringen Vorlauftemperatur von 30-350°C, wie sie in Fußbodenheizungssystemen typisch sind. In der Praxis befindet sich überwiegend die elektrisch angetriebenen Kompressionswärmepumpen im Einsatz.
      Im Normalbetrieb kann eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden Wärme erzeugen; dieses Verhältnis wird als Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt. Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl ab 3 gelten als wirtschaftlich, ab eine JAZ von 4 sind wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizungssystemen gegeben.

      Am wirtschaftlichsten arbeiten Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit einer JAZ von 5. Der durchschnittliche Stromverbrauch einer Wärmepumpe liegt zwischen 27 und 42 kWh pro Quadratmeter Wohnfläche im Jahr. Für eine 100-qm-Wohnung ergibt sich somit ein Stromverbrauch von 2.700 bis 4.200 kWh pro Jahr. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung von Eigenstroms aus der PV-Dachanlage inkl. eines Speichers für den Wärmepumpenbetrieb.

      Einbau Wärmepumpe

      Vor dem Einbau einer Wärmepumpe sollte eine energetische Gebäudesanierung angestrebt werden. Der Grund ist, dass eine maximale Energieeinsparung und damit Reduktion der Wärmeverluste über die Außenwände, Kellerdecke und das Dachgeschoss sowie alle Fenster und Türen auch den elektrischen Energieaufwand reduziert, den die Wärmepumpe leisten muss. Deshalb werden Wärmepumpen in Neubauten mit Fußbodenheizungen kombiniert, die eine niedrigere Vorlauftemperatur für den Heizungswasserkreislauf zulassen. Energetisch sanierte Häuser ermöglichen in modernen Anlagen den Wärmepumpeneinsatz, z.B. wenn sie mit Niedertemperatur-Heizkörpern kombiniert werden. Am günstigsten ist es natürlich, die Wärmepumpe komplett mit Eigenstrom zu betreiben. 

      Gibt es keine Möglichkeit für PV-Eigenstrom oder einen Ökostromvertrag, dann gibt es bei manchen Stromanbietern die Möglichkeit zu Wärmepumpentarifen, sofern ein separater Zähler für den Wärmepumpenstrom eingebaut wird.

      Beispielrechnung (Daten: MVV Energie AG 2024):

      • Erdwärmepumpe mit Erdsonde mit 12 kW Heizleistung
      • JAZ von 4,6 - JAZ = kWh/a (Heizwärme) : kWh/a (Strom) (Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe entspricht der abgegebenen Wärme im Verhältnis zum Stromverbrauch, bezogen auf ein ganzes Jahr. Bei effizienten Heizungsanlagen liegt die JAZ im Bereich von 3 bis 5.)
      • 2.000 Heizstunden im Jahr

      Berechnung des Stromverbrauchs der Wärmepumpe pro Jahr:
             = (12 kW / 4,6) * 2.000 h = 5.218 kWh Stromverbrauch

      Berechnung der Stromkosten der Wärmepumpe pro Jahr:
      Stromverbrauch von 5.218 kWh pro Jahr bei einem Stromtarif von 0,20 EUR/kWh:
      Stromkosten der Wärmepumpe pro Jahr = 5.218 kWh x 0,20 EUR/kWh Stromkosten
      = 1.043,60 EUR Stromkosten pro Jahr für die Erdwärmepumpe.

      Mit der Novelle des Gebäudeenergiegesetzes Anfang 2024 gibt es für den Wärmepumpeneinbau mindestens 30% Förderung des Staates sowie drei weitere Boni, die in Summe bis zu 70% Förderung betragen können. Eine Investition von 30.000 EUR für eine Neuanlage würde sich damit auf 9.000 EUR Eigenanteil reduzieren.

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