Wärmepumpen in der Praxis – richtige Planung und korrekte Installation als Grundlage für beste Anlageneffizienz

Alexander Sperr

Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.

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Überblick

• Warum Effizienz?

• Status quo

• Was ist Energieeffizienz?

• Gebäudeenergieeffizienz

• Wärmepumpeneffizienz

• Effizienz in der Praxis

• Feldtestergebnisse

• Auswirkungen

• Ursachen

• Fazit

Warum Effizienz?

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Ziele

Die Ziele sind schon lange bekannt

EU-Klimaschutzpaket (2008): 20-20-20 bis 2020

• 20 % weniger Treibhausgase

• 20 % erneuerbare Energien

• 20 % mehr Energieeffizienz

EPBD 2010

• Bis 31.12.2020 müssen alle neuen Gebäude

„Niedrigstenergiegebäude“ sein

• Definition: „… Der fast bei Null liegende oder sehr

geringe Energiebedarf sollte zu einem ganz wesentlichen

Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen […] gedeckt

werden.“

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Ziele

Klimakonzept der Bundesregierung aus dem Jahr 2010

Schlüssel: Energieeffizienz und Gebäudebereich

Klimaneutraler Gebäudebestand bis 2050

Verdoppelung der Sanierungsrate

Sanierungsfahrplan für Bestandsgebäude ab 2020

Einhaltung des Wirtschaftlichkeitsgebots

Status quo

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Status quo

Endenergieverbrauch in Deutschland nach

Anwendungsbereichen

26,9

5,3

21,4

0,4

1,7

38,8

2,3 3,3

Raumwärme

Warmwasser

Prozesswärme

IKT

Mechanische Energie

Prozesskälte Beleuchtung

Klimakälte

Daten: AGEB 2014

~ 56 % Wärme und Kälte

8

Status quo

Endenergieverbrauch der Haushalte nach

Anwendungsbereichen

66,8

16,4

6,1

4,5

0,5 3,8

2,0

Raumwärme

IKT

Warmwasser

Prozesswärme

Beleuchtung

Prozesskälte ~ 89 % Wärme

Daten: AGEB 2014

9

Strom aus erneuerbaren Quellen

3,2 3,8 4 4,3 4,6 4,2 4,4 4,7

5,2

6,5 6,7

7,8 7,6

9,3 10,2

11,6

14,2 15,1

16,3 17

20,4

23,7

25,2

27,4

32,6

0

5

10

15

20

25

30

35

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

10

Wie können die Ziele erreicht werden?

Gesetzliche Vorgaben und Förderung

EPBD EnEV

RES EEWärmeG

Ökodesign

Energieverbrauchskennzeichnung

MAP-Förderung

KfW-Förderung

Wärmepumpen tragen in allen Bereichen zur

Zielerreichung bei!

EU-weit unmittelbar verbindlich

Effizienz

Effizienz

Effizienz

Erneuerbare

Erneuerbare

Was ist Energieeffizienz?

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Was ist Energieeffizienz?

Energieeffizienz

Definition:

Die Energieeffizienz ist ein Maß für den Aufwand an Energie zur

Erreichung eines bestimmten Nutzens.

Am Beispiel Gebäude:

Die Erzielung behaglicher Raumtemperaturen mit möglichst

geringem Energieeinsatz.

In Deutschland (EnEV) bzw. Europa (EPBD) ist konkret der

Primärenergieeinsatz gemeint.

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Verbesserung der primärenergetischen

Gebäudeenergieeffizienz

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Effizienz von Wärmepumpen

Was bedeutet Effizienz für Wärmepumpen?

Effizienzkennzahlen:

Quelle: Fraunhofer ISE

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Energieverbrauchskennzeichnung

Maßstab: hs (für WP aus SCOP nach EN 14825 und CC)

Ab 26.09.2019

A+++

16

Energieverbrauchskennzeichnung

Abhängig von der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz

Effizienzklasse ηs in % ηs in % für NT-Wärmepumpen

A +++ ηs ≥ 150 ηs ≥ 175

A ++ 125 ≤ ηs < 150 150 ≤ ηs < 175

A + 98 ≤ ηs < 125 123 ≤ ηs < 150

A 90 ≤ ηs < 98 115 ≤ ηs < 123

B 82 ≤ ηs < 90 107 ≤ ηs < 115

C 75 ≤ ηs < 82 100 ≤ ηs < 107

D 36 ≤ ηs < 75 61 ≤ ηs < 100

E 34 ≤ ηs < 36 59 ≤ ηs < 61

F 30 ≤ ηs < 34 55 ≤ ηs < 59

G ηs < 30 ηs < 55

17

Energieverbrauchskennzeichnung

Einordnung von Verbundanlagen

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Effizienz von Wärmepumpen

Jahresarbeitszahlen nach VDI 4650 Blatt 1

Momentan wichtig, weil:

Anforderungen aus EEWärmeG

Grundlage für MAP-Förderung

Status:

Bisherige Ausgabe (März 2009) wurde aktualisiert

Weißdruck erscheint im Dezember 2016

Einfaches Verfahren (Tabellenwerte und Taschenrechner)

Keine Berücksichtigung der Primärenergie

Kritik bei Abweichungen zwischen Berechnung und Betrieb

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Effizienz von Wärmepumpen

Die Bilanzgrenze zur Berechnung der JAZ nach VDI 4650 Blatt 1

ist die Wärmepumpenanlage

Quelle: Entwurf VDI 4650 Blatt 1, November 2014

JAZ = Qth

Qel

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Effizienz von Wärmepumpen

Stand der Technik:

COPs z.B. aus BAFA-Liste

JAZen z.B. Berechnung mit BWP JAZ-Rechner

MAP-Förderung Bestand

– Sole/Wasser und Wasser/Wasser: 3,8

– Luft/Wasser: 3,5

– Warmwasser-Wärmepumpen: 3,2

Anforderung für MAP Innovationsförderung: 4,5 (rechnerisch und

praktisch erreichbar, mit Luft/Wasser-WP nicht ganz so einfach)

Derzeit möglich (je nach Technologie) auch über 6

Effizienz in der Praxis

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Effizienz in der Praxis

Feldtests Fraunhofer ISE

WP im Gebäudebestand WP Effizienz WP Monitor

Auswirkungen

24

Effizienzvergleich

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

110,00%

120,00%

130,00%

1,001,201,401,601,802,002,202,402,602,803,00

Primärenergieeinsatz

JAZ

JAZ

JAZ

JAZ

JAZ

JAZ

Primärenergiefaktoren Strom

Heizkessel, Jahresnutzungsgrad 80 %

Heizkessel, Jahresnutzungsgrad 90 %

Heizkessel, Jahresnutzungsgrad 100 %

Gas-Wärmepumpe, JHZ 1,4

25

Effizienzvergleich

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

110,00%

1

Primärenergieeinsatz

Heizkessel, fossil, Jahresnutzungsgrad 90 % Primärenergiefaktor 1,1

Wärmepumpe, Jahresarbeitszahl 2,0

Primärenergiefaktor 1,8

Wärmepumpe, Jahresarbeitszahl 4,0

Primärenergiefaktor 1,8

-27 %

-63 %

26

CO2

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Jahresarbeitszahl

CO2-Äq-Emissionseinsparung der Elektro- wärmepumpe gegenüber Gas/Öl-Kessel

80% 90%

100%

Jahres-

nutzungsgrade

Gaskessel

80% 90%

100%

Jahres-

nutzungsgrade

Ölkessel CO2-Äq-Emissionsfaktoren (nach GEMIS 4.94)

Elektroenergie 606 g/kWh -

Heizöl 320 g/kWh - Erdgas 250 g/kWh

27

CO2

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Jahresarbeitszahl

CO2Äq-Emissionseinsparung der Elektro- wärmepumpe gegenüber Gas/Öl-Kessel

80% 90%

100% Jahres-

nutzungsgrade

Gaskessel

80% 90%

100%

Jahres-

nutzungsgrade

Ölkessel

CO2Äq-Emissionsfaktoren (nach Ecolabel 2014/314/EU)

Elektroenergie 384 g/kWh -

Heizöl 292 g/kWh - Erdgas 202 g/kWh

Ursachen

29

Effizienz in der Praxis

Ursachen für niedrige Arbeitszahlen

Niedrige Quellentemperaturen (z.B. durch falsche Auslegung)

Hohe Vorlauftemperaturen (zu kleine Heizflächen)

Hoher Trinkwarmwasseranteil (Niedrigenergiehaus)

Temperaturhub ist entscheidend!

Weitere Ursachen für Abweichungen zwischen Messung und

Berechnung

Klima

Nutzerverhalten

Messfehler, andere Anordnung der Fühler, andere Bilanzgrenzen

Hoher Heizstabeinsatz bei nicht erkannter Störung (fällt bei hoher

Stromrechnung auf!)

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Effizienz in der Praxis

Schaden niedrige Arbeitszahlen? Nicht unbedingt!

KfW-55-EFH, Nutzfläche 155,8 m², Fußbodenheizung 35/28,

Lüftung mit WRG 80 %, Trinkwarmwasser über Wärmepumpe

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3,6 4,3 4,3 5,2

Luft/Wasser Luft/Wasser Sole/Wasser Sole/Wasser

kWh

bzw

. € p

ro J

ahr

Endenergie und Jahresverbrauchskosten

Endenergie gesamt Jahreskosten

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Effizienz in der Praxis

Maßnahmen zur Effizienzverbesserung

Korrekte Planung und Auslegung (Heizlastberechnung,

hydraulischer Abgleich)

Niedrige Systemtemperaturen

Ausführung durch erfahrenen WP-Installateur

Vermeidung komplizierter Hydrauliken und

Anlagenkonfigurationen

Sorgfältige Reglereinstellungen (Heizkurve)

Laufende Überprüfung der Anlage und der Einstellungen

spätestens nach einem Betriebsjahr bzw. jährlich

Nutzerverhalten anpassen (Fensterlüftung, Jacuzzi-Nutzung,

Innentemperaturen,…)

Fazit

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Fazit

Berechnete Jahresarbeitszahlen weichen immer von den

gemessenen ab.

Geringe Effizienz liegt meist nicht am Gerät sondern an

System, Einstellungen oder Nutzer.

Selbst mit niedrigen Jahresarbeitszahlen sind

Primärenergieeinsatz und CO2-Emissionen bei

Wärmepumpen geringer als bei fossilen Wärmeerzeugern.

Effizienz ist wichtig, aber nicht immer entscheidend.

In Niedrigenergiehäusern können Wärmepumpen trotz

augenscheinlich niedriger Effizienz sehr sparsam sein.

Bei geringem Energiebedarf ist der Effekt besserer

Jahresarbeitszahlen gering.

Es gibt Möglichkeiten, die Effizienz zu erhöhen (am besten

schon während der Planung)

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www.heizen-im-gruenen-bereich.de www.waermepumpe.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Alexander Sperr

sperr@waermepumpe.de

030-208 799 721