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Wolf-Wärmepumpen: Eine neue Effizienzklasse

Der Einstieg des deutschen Wärmepumpenmarktes erfolgte bereits Ende der 70er Jahre. Auslöser war die damalige erste weltweite Ölkrise und der daraus resultierenden hohe Preisanstieg für Heizöl und Gas. Die Anzahl der installierten Wärmepumpen nahm am Anfang stark zu, bis Ende der 80er Jahre der Markt fast vollständig zusammenbrach. Im vergangenen Jahr war zum zweiten Mal in Folge ein deutlicher Aufwärtstrend für die umweltfreundliche Heiztechnik zu beobachten.
Seit der Jahrtausendwende führte der erneute Preisanstieg für Heizöl und Erdgas zu einer Erholung des Wärmepumpenmarkts in Deutschland. Der Marktanteil wuchs von 1,1% im Jahr 2000 auf über 10% im Jahr 2008. Steigende Energiekosten, das gewachsene Umweltbewusstsein und vor allem die staatlichen Fördermittel haben zu dem rasant ansteigenden Absatz von Wärmepumpen beigetragen. Ende 2009 ist die Anzahl der Wärmepumpen gegenüber dem Boomjahr 2008, um ca. 7.000 Einheiten gesunken. Die jüngsten Absatzzahlen vom Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V. und Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH) für das Jahr 2012 weisen wie schon im Vorjahr einen deutlichen Aufwärtstrend für die umweltfreundliche Heiztechnik aus. Der Trend geht nach wie vor zur Luft/Wasser-Wärmepumpe. Experten sind der Ansicht, dass diese Technik sich auch in Zukunft dafür eignet, um die wesentlichen Forderungen der Energie- und Klimapolitik der Bundesregierung zu erfüllen. Ein Grund für diesen Optimismus ist die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien bei der Wärmeversorgung, wie es das EEWärmeG (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) aus dem Jahr 2009 fordert. Zweitens sorgt die Senkung des Primärenergiebedarfs, die von den fortschreitenden EnEVs verlangt werden, für einen weiter wachsenden Marktanteil von Wärmepumpen. Eine Voraussetzung für steigende Absatzzahlen von Wärmepumpen sind verbesserte Rahmenbedingungen und starke zusätzliche Anreize der Politik. Hinzu kommt die Weiterentwicklungen der Wärmepumpen-Technik, ihre Einbindung in das Heizsystem und eine qualifizierte Fachberatung. Der stetig wachsende Anteil an erneuerbarer Energien bei der Stromerzeugung führt zu einer Erhöhung des Elektrizitätsmix und damit zu steigenden Strompreisen. Diese können nur durch Verbesserung der Effizienz von Wärmepumpen (Jahresarbeitszahl: JAZ) kompensiert werden.

Wärmepumpenbaureihe von Wolf

Der Systemanbieter Wolf hat eine Wärmepumpenbaureihe selbst entwickelt, die im bayrischen Werk Mainburg gefertigt wird. Die Wärmepumpen besitzen eine geringe Geräuschentwicklung und lassen sich einfach installieren. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Bedienungsfreundlichkeit. Die Baureihe der Luft/ Wasser-Wärmepumpen für Innen- oder Außenaufstellung ist jeweils in vier Leistungsgrößen von 8 bis 14kW erhältlich und erreicht eine Leistungszahl von COP=3,8 bei A2/W35. Das Programm der Sole/Wasser-Wärmepumpen umfasst fünf Größen mit Leistungen von 6 bis 16kW, die nach EN 14511 eine Leistungszahl von COP=4,7 erreicht bei B0/W35. Dafür sorgen u.a. energiesparende Komponenten wie die hocheffiziente Solekreis- und Heizkreispumpen (Effizienzklasse A). Die neuen Wasser/Wasser-Wärmepumpen in 5 Baugrößen von 6 bis 21kW erreichen COP-Werte bis 5,6 bei W10/W35 (EW 14511) für höchste Energieeffizienz. Mit Heizungs-Vorlauftemperaturen bis 63°C sind die Geräte auch für die Sanierung älterer Gebäude mit Heizkörpern geeignet.

Effizienz von Wärmpumpen

Die standardisierte, energetische Effizienz von Wärmepumpen wird mit zwei Kennziffern ausgewiesen, die Leistungszahl COP (Coefficient of Performance) und die Jahresarbeitszahl (JAZ). Der COP-Wert ist ein Momentanwert, der unter genormten Rahmenbedingungen wie den Wärmequellen- und Heizungstemperaturen nach EN 14511 bzw. EN 255 auf Prüfständen gemessen wird. Die im Jahre 2005 inkrafttretene EN 14511 ist dafür die aktuelle, zuständige Norm. Sie hat die frühere EN 255 abgelöst, deren Werte um ca. 7% höher lagen. Ein Vergleich der COP-Werte beider Normen ist nicht zulässig. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) Wärmepumpen ist das Ergebnis der Division der abgegebenen Wärmemenge (kWh) durch die verbrauchte Strommenge (kWh) einschließlich der peripheren Hilfsaggregate wie z.B. der Pumpen, der elektrischen Zusatzheizung und der Regelung. Neben der Güte der Wärmepumpe selbst, hängt die JAZ auch von der Anlagentechnik ab. Sie ist somit die individuelle energetische Effizienz einer Wärmepumpenanlage in der Praxis. Um das EEWärmeG-2009 (Erneuerbare Energien Wärme Gesetz) zu erfüllen und in den Genuss von staatlichen Fördermittel nach dem ‚BAFA Marktanreizprogrammes (MAP) für erneuerbare Energien‘ zu gelangen, müssen die JAZ festgelegte Mindestwerte erreichen. Die Wolf Wärmepumpenmanager zeigt die aktuelle Arbeitszahl an. Weil die praktische Jahresarbeitszahl definitionsgemäß frühestens nach einem Jahr feststeht, müssen bei der Vorausplanung einer Anlage andere Wege beschritten werden. Um zu beurteilen, ob die Jahresarbeitszahl für die Vergabe von BAFA-Fördermittel ausreicht, kann sie nach VDI 4650 (Ausgabe 2009) vorausberechnet werden. Für diese Berechnung sind die von einem Prüfinstitut zertifizierten COP-Werte und die anlagenspezifischen Daten erforderlich. Allerdings hängt die praktisch gemessene JAZ zusätzlich von dem jeweiligen Nutzerverhalten und von anderen Einflüssen wie dem aktuellen Klima ab. Diese variablen Einflüsse sind in der VDI 4650 nicht berücksichtigt. Daher kommt es zwangsläufig zu Abweichungen zwischen gemessener und berechneter JAZ, die aber nicht zu Rückforderung von Födergeldern führt. Auf der Internetseite: www.wolf-heiztechnik.de können für alle Wolf-Wärmepumpen die Jahresarbeitszahlen vorausberechnet werden.

Vorplanung von Heizungsanlagen mit Wärmepumpen

Mit der Zuordnung, ob eine Wärmepumpe für ein neu zu errichtendes Gebäude oder zur Modernisierung einer Heizungsanlage in einem Altbau vorgesehen ist, entscheiden sich bereits wichtige Kriterien. Als Erstes sind es Gesetze und Verordnungen, die beachtet werden müssen und ob die Voraussetzungen für die Vergabe von Fördermittel erfüllt werden. Danach stellen sich die Fragen der zur Verfügung stehenden Wärmequelle und des Wärmeverteilungssystems.

Neubauten

Bei neu zu errichtenden Gebäuden sind das EEWärmeG und die EnEV-2009 einzuhalten. Das EEWärmeG schreibt für neue Gebäude vor, dass für Heizung und Trinkwassererwärmung ein bestimmter Anteil erneuerbarer Energien oder energetisch vergleichbare Ersatzmaßnahmen eingesetzt werden müssen. Wird mit einer Wärmepumpen Umweltluft als erneuerbare Energie genutzt, so ist mindesten eine Jahresarbeitszahl JAZ>3,3 zu erreichen. Bei allen anderen Wärmequellen (Erdreich, Grund- und Brunnenwasser) liegt die Untergrenze bei JAZ>3,8. Diese Werte gelten für Anlagen die sowohl heizen als auch zur Warmwasserbereitung genutt werden. Die EnEV schreibt für Neubauten den maximalen Jahres-Primärbedarf, der je nach Gebäudetyp einzuhalten ist, vor. Weil Wärmepumpen für die Wärmeversorgung ca. 80% Umweltwärme nutzen, liegen die Anlagen-Aufwandszahlen eP<1. Das hat zur Konsequenz, dass der Jahres-Primärenergiebedarf (QP) für die Wärmeerzeugung deutlich niedriger ist, als mit Anlagen, die das gleiche Gebäude mit Heizöl oder Erdgas beheizen. Neubauten sind auch bei der Wahl der Wärmequellen flexibler. In den meisten Fällen kann Erdwärme als die effektivste Wärmequelle genutzt werden. Erdwärme als Wärmequelle hat zudem den Vorteil, dass die Wärmepumpe als alleiniger Wärmeerzeuger, monovalent oder monoenergetisch mit einer elektrischen Zusatzheizung, betrieben werden kann. Sole/Wasser-Wärmepumpen Zur Nutzung von Erdwärme können im Garten Flachkollektoren in 1,2 bis 1,5m Tiefe unterhalb der Frostschutzgrenze verlegt werden. Sie sind verhältnismäßig günstig in der Anschaffung, erfordern allerdings eine ausreichend große Fläche, die mindestens das 1,5-fache der beheizten Wohnfläche betragen sollte. Die Entzugsleistung und damit die Kollektorgröße ist von der Bodenbeschaffenheit abhängig. Berechnungsverfahren zur Auslegung von Erdwärmekollektoren erfolgen in Anlehnung an VDI 4640. Steht weniger Gartenfläche zu Verfügung, dann bieten sich Erdsonden an, die bis in eine Tiefe von 100m im Boden versenkt werden. Erdwärmesonden sind grundsätzlich bei der unteren Verwaltungsbehörde anzuzeigen. In Wasserschutzgebieten ist der Einsatz von Sole/Wasser Wärmepumpen nicht erlaubt. Die Projektierung der Bohrung mit den dazu notwendigen Bodenproben und die Dimensionierung der Sonden übernehmen die Bohrunternehmen. Dazu stehen vor Ort Bohrunternehmen bereit, die eng mit Wolf zusammenarbeiten. Zur Auslegung der Sonden sind Wärmepumpendaten, wie die Kälteleistung erforderlich. Sie stellt der Heizungsbauer zur Verfügung. Das Bohrunternehmen liefert und installiert die Erdwärmesonden, führt die Druckprobe durch, verfüllt das Bohrloch und verlegt die horizontalen Leitungen bis zum Hausanschluss. Alle mit Sole durchströmten Rohrleitungen innerhalb des Gebäudes sind gegen Schwitzwasserbildung dampfdiffusionsdicht zu isolieren. Gebäudebestand Der Absatztrend bei den Wärmepumpen lag in den vergangen Jahren in der Modernisierung bestehender Heizungssysteme. Dieser Trend wird sich auch in zukünftig fortsetzen. Nach Angaben des Bundesverbandes Erneuerbare Energie (BEE) sind 88% der ca. 17Mio. Heizungsanlagen in Deutschland älter als zehn Jahre und müssten daher dringend modernisiert werden. Eigentümer die Ihre Heizungsanlagen modernisieren, können bei der BAFA im Rahmen des Marktanreizprogramms (MAP) erneuerbare Energien für den Einsatz von Wärmepumpen Fördermittel beantragen, wenn die dafür vorgeschriebenen Jahresarbeitszahlen erreicht werden. Wolf-Wärmepumpen sind dafür prädestiniert, denn sie besitzen hohe COP-Werte, die eine Voraussetzung für hohe Aufwandszahlen sind. Luft/Wasser-Wärmepumpen Für die Modernisierung von Heizungsanlagen im Bestand werden auch zukünftig vorwiegend Luft/Wasser-Wärmepumpen eingesetzt, die Umgebungswärme als Energiequelle nutzen. Die Nutzung von Erdwärme ist hier meist nicht möglich, weil entweder die Grundstücke zu klein sind oder für Erdsonden die Bohrgeräte nicht eingebracht werden können. Luft/Wasser-Wärmepumpen haben zudem den Vorteil, dass gegenüber Anlagen, die Erdreich oder Grundwasser als Wärmequelle nutzen, die Investitionskosten geringer sind. Außenluft steht als Energiequelle überall zur Verfügung und kann ohne Einschränkungen genutzt werden. Es sind jedoch einige entscheidende Faktoren zu beachten, wie etwa, dass weder die Bewohner noch die Nachbarn durch die Geräusche nicht gestört werden. Um die Geräusche auf ein Minimum zu reduzieren, sind Wolf Luft/Wasser-Wärmepupen mit stufenlos geregelten EC-Radial-Ventilatoren und mit sanft anlaufenden, doppelt schwingungsentkoppelten Scrollverdichter ausgerüstet. Damit liegt in 10m Entfernung der Schalldruckpegel <29 dB(A). Um alle möglichen Anwendungsfälle abzudecken, bietet Wolf Luft/Wasser-Wärmepumpen an, die sowohl außerhalb der Gebäude, Typenreihe BWL-1-A, als innerhalb, Typenreihe: BWL-1-I, aufgestellt werden können. Im Programm sind drei Baugrößen mit 8, 10 und 12kW, die sich für den Einbau in Ein- und Zweifamilienhäusern eignen. Auslegung der Wärmepumpen-Leistung Mit sinkender Lufttemperatur fällt die Leistung der Wärmepumpe kontinuierlich ab. Im Gegensatz dazu steigt die Heizlast (Wärmebedarf) an. Daher ist es insbesondere bei Luft/Wasser-Wärmepumpen nicht sinnvoll, die volle Heizleistung nach Norm DIN EN 12831 (früher DIN 4701) für die niedrigste Außentemperatur auszulegen, wie dies bei Heizkesseln üblich ist. Fällt die Außentemperatur unterhalb des Bivalentpunktes, wird parallel zur Wärmepumpe die Elektroheizung monoenegetisch hinzugeschaltet. Durch den Einsatz des Kältemittels R 407C kann die Wärmepumpe bis zu einer Außentemperatur von -25°C im Betrieb bleiben. Es wird empfohlen die Leistung der Wärmepumpe auf 50 bis 60% der Gesamtleistung auszulegen. Den Rest deckt die elektrische Zusatzheizung. Obwohl ihre Leistung relativ hoch ist beträgt der Anteil an der Jahresheizarbeit nur ca. 2 bis 5%. Gewährt das örtliche Energieversorgungsunternehmen (EVU) für den Wärmepumpenbetrieb verbilligte Sonderstromtarife, müssen gewöhnlich Sperrzeiten für den Strombezug eingehalten werden. Bei der Bestimmung der Gesamtleistung sind diese Sperrzeiten zu berücksichtigen. Beispiel: Ein Gebäude hat bei -16°C Außentemperatur eine Heizlast von QN= 8,7kW (nach EN 12831). Die tägliche Sperrzeit des EVU beträgt 2x2h (Sperrzeitfaktor = 1,1). Außenaufstellung Bei der Aufstellung von Luft/Wasser-Wärmepumpen außerhalb der Gebäude, sind Mindestabstände zu Wänden (>1m) und Nachbargrundstücken zu beachten. Für Wartungsarbeiten müssen die Geräte allseitig zugänglich sein und die Luft muss frei zu- und abströmen können. Gleichzeitig ist dafür zu sorgen, dass Kondens- und Abtauwasser ungehindert abfließen kann. Die Rohrleitungen in das Gebäude sind frostsicher zu verlegen und die Mauerdurchführung muss gegen eindringendes Wasser abgedichtet werden.

Innenaufstellung

Innen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen lassen sich auch platzsparende in einer Ecke aufstellen. Außenluft wird über Kanäle zu- und abgeführt, die Wolf als Zubehör anbietet. Die wärme- und schallgedämmte Luftkanäle sind aus Glasfaserleichtbeton und lassen sich wahlweise links oder rechts anschließen. Zusätzlich sind flexible Luftausblaskanäle lieferbar. Die Auslegung der Wärmepumpe und des Bivalentpunktes erfolgt analog der Luft-/Wasserwärmepumpen für die Außenaufstellung.

Hydraulische Einbindung in das Heizsystem

Im Gegensatz zu Heizkesseln, bei denen die Leistung konstant oder modulierend regelbar ist, ändern sich bei Wärmepumpen sowohl die Leistung als auch die Effektivität mit den Temperaturen der Wärmequelle und des Wärmeverteilungssystems. Je größer die Temperaturdifferenzen zwischen beiden, umso geringer werden die Heizleistung und die Leistungszahl. Die Temperatur der Wärmequelle hängt in der Regel naturgegeben (Erdreich, Grundwasser, Luft) und kann nicht beeinflusst werden. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen, die Außenluft als Wärmequelle nutzen, fällt bei sinkenden Außentemperaturen die Leistung und Leistungszahl stärker, als bei Erdreich oder Grundwasser, deren Wärmequellen-Temperaturen übers Jahr weitgehend konstant sind. Dagegen lassen sich die Temperaturen der Wärmeverteilungsanlage, insbesondere bei der Planung von neuen Gebäuden, in bestimmten Grenzen festlegen. Die Vorlauftemperatur sollte maximal auf tv=50°C ausgelegt werden. Besonders eignen sich für Wärmepumpen Fußbodenheizungen mit maximal 35°C Vorlauftemperatur. Ältere Heizungsanlagen sind meist mit Radiatoren für höhere Vorlauftemperaturen ausgerüstet. Allerdings wurden die meisten Gebäude nachträglich wärmegedämmt, was zu einer Verringerung der Heizlast und der ursprünglichen Vor- und Rücklauftemperaturen geführt hat. Bei Anlagen mit Radiatoren führt das Öffnen und Schließen der Thermostatventile zu wechselnden Wasserdurchflussmengen. Zudem haben diese Anlagen einen relativ geringen Wasserinhalt, was zu häufigen Takten der Wärmepumpe führt. Um dem zu begegnen, sollte ein Pufferspeicher eingebaut werden. Grundsätzlich ist bei Luft-/Wasser Wärmepumpen immer ein Pufferspeicher zu installieren, denn über diesen erfolgt die Abtauung des Verdampfers. Werden Sole-/Wasser-Wärmepumpen zusammen mit einer Fußbodenheizung betrieben, kann unter Umständen auf einen Pufferspeicher verzichtet werden. Bei Wärmepumpen-Anlagen, die mit täglichen Sperrzeiten rechnen müssen, sollten Pufferspeicher zur Überbrückung der Stillstandzeiten vorgesehen werden.

Systemtechnik

Wolf ist die Kompetenzmarke für Energiesparsysteme sowohl für Heizung, als auch für Klima und Lüftung. Auch das Wärmepumpenprogramm profitiert von dem umfassenden Gerätesortiment. Die individuelle Anpassung an jedes Heizkonzept wird mit einem breiten Sortiment von Speicherwassererwärmer und Pufferspeicher abgedeckt. Für das Wärmepumpenprogramm gibt es Warmwasserspeicher mit Inhalten von 180, 300 und 400l. Sie haben besonders große Heizflächen und sind im Design und der Größe auf die Wärmepumpen abgestimmt. Der Hydrotower ist die kompakte Kombination eines 200l Warmwasserspeichers mit einem 80l Puffermodul. Im Wärmepumpenmanager ist die komplette witterungsgeführte Regelung der Wärmepumpe mit Mischerregelung und Heizkreis-/Warmwasserregelung integriert. Auch die Wolf Solarregelungen können angesteuert werden. Der Low-Power-Modus spart im Standby-Betrieb 60% Strom. Für die Auslegungen von Wärmepumpen-Anlagen mit der entsprechenden Anlagenkonfiguration und Einsatzbeispielen steht das Wolf-Planungshandbuch zur Verfügung. Auch die geschulten Wolf-Fachbetriebe übernehmen die unverbindlich Vorplanung und bestimmen die zu erwartende Jahresarbeitszahl.

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