TECHNIK & ENERGIEEFFIZIENZ Wenn es um die Effizienz von Wärmepumpenanlagen geht, sind zwei Kennzahlen besonders wichtig. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) und der Coefficient of Performance (COP). Die JAZ beschreibt die Effizienz des gesamten Heizsystems über ein Jahr. Die Zahl gibt das Verhältnis von erzeugter Heizwärme kWh] zur eingesetzten elektrischen Energie [kWh] an. Der COP bezieht sich ausschließlich auf die Wärmepumpe und spiegelt das Verhältnis von Wärmeleistung [W] zur aufgewendeten elektrischen Leistung [W] wider. Dieser Wert wird nach Ermittlung für die Vergleichbarkeit verschiedener Wärme- pumpentypen bei standardisierten Arbeitspunkten herangezogen. Die Vorlauftemperatur einer Wärmepumpe sollte möglichst niedrig gehalten werden, denn eine um ein Grad erhöhte Vorlauftemperatur bedeutet bei gleicher Heizleistung in der Regel einen zusätzlichen Strombedarf von ca. 3 %. Ineffiziente Hydraulik bei herkömmlichen Anlagen Um die JAZ einer Wärmepumpenanlage zu optimieren, muss man zunächst erkennen, welche Fehler bei üblichen Hydraulik- schemen gemacht werden. In Bild 1 ist ein übliches Standardschema für Wohnhäuser mit Warmwasserbereitung sowie einem gemischten Heizkreis für die Fußbodenheizung und ungemischten Heizkreis für Heizkörper dargestellt. Bei Alt- bauten sollte zunächst dafür gesorgt werden, dass die Heizkörper im Winter mit ca. 50° Celsius Vorlauftemperatur anstatt 70° Celsius auskommen (zum Beispiel durch Gebäudedämmung, neue Heizkörper, hydraulischer Abgleich etc.). Die Wärmepumpe gibt die Wärme über den integrierten Kondensator (Legende Nr. 5) bei konstanter Kondensationstemperatur ab. Zur ökonomischen Betriebsweise sind deshalb geringe Temperaturhübe von ca. 5 bis 7 Kelvin zwischen Rück- und Vorlauf erforderlich. Infolgedessen muss die Umwälzpumpe von der Wärmepumpe (3) im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung ungefähr die 3- bis 4-fache Wassermenge umwälzen. Der Pufferspeicher dient neben der Energiespeicherung auch als hydraulische Weiche, worin die unterschiedlichen Wassermengen zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung hydraulisch entkoppelt werden. Wegen des hohen erforderlichen Wärmepumpendurchflusses wird das Wasser ohne effiziente Entschleunigungseinrichtungen (z. B. Prallbleche (7) oder Einströmsäulen) in dem Speicher ständig umgewälzt und somit die Schichtung zerstört. Die Wärmepumpe muss somit vorlaufseitig zum Beispiel 55° Celsius erzeugen, damit an den Heizkörpern noch 50° Celsius ankommen. Außerdem muss wegen des geringen Temperaturhubs der Wärmepumpe die Rücklauftemperatur zwangsläufig ca. 50° Celsius betragen. Das heißt, die Fußbodenheizung, die normalerweise mit ihren niedrigen Systemtemperaturen hohe COPs erzielt, hat hier keine positiven Auswirkungen. Selbst wenn der Fußbodenheizungsanteil des Gebäudes über 90 % beträgt, macht bei diesem Schema ein einziger Heizkörper die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe kaputt. Die Art der Brauchwasserbereitung beeinflusst ebenfalls die JAZ. Bei einem Standard-Brauchwasserspeicher mit integriertem Rohrwärmetauscher muss der Wärmepumpenvorlauf auf ca. 65° Celsius erwärmt werden, damit die hygienischen Anforderungen einer legionellenfreien Brauchwasserspeicherung (mind. 60° NICHT ERST SEIT DEM NEUEN GEBÄUDEENERGIEGESETZ STEHT FEST, DASS DER WÄRMEPUMPE DIE ZUKUNFT GEHÖRT, WENN ES UM DIE BEHEIZUNG VON GEBÄUDEN GEHT. ENTSCHEIDEND FÜR DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT DER GESAMTEN WÄRMEPUMPENANLAGE IST DIE JAHRESARBEITSZAHL (JAZ). GROSSEN EINFLUSS AUF DIE JAZ HAT DIE HYDRAULIK DER HEIZUNGSANLAGE. GERADE BEI GEBÄUDEN MIT SCHWIMMHALLE SIND DIE OPTIMIERUNGSPOTENZIALE BESONDERS GROSS. DURCH EINE EFFIZIENTERE HYDRAULIK IN VERBINDUNG MIT UNSEREM „VORLAUF-OPTIMIERER“ IST EINE STROMERSPARNIS VON BIS ZU 40 % BEI WÄRMEPUMPENANLAGEN MÖGLICH. DER NEUE „VORLAUF-OPTIMIERER“ SPART ENERGIE EFFIZIENTERE HYDRAULIK 94 MAGAZIN | 2023
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