Wärmepumpen für Heizung und Warmwasser - Umstieg in erneuerbare Energien - Rechtliches und Verträge - Inkl. Tabellen und Checklisten (eBook)

Planung, Technik, Kosten, Förderung. Mit vielen Modellrechnungen

Hans-Jürgen Seifert (Autor)

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2022 | 1. Auflage
208 Seiten
Stiftung Warentest (Verlag)
978-3-7471-0603-7 (ISBN)

Infos

Wärmepumpen - Ihr Einstieg in erneuerbare Energien Die Energiekrise zeigt deutlich, wie dringlich eine Trendwende auf dem Heizungsmarkt hin zu erneuerbarer Wärme ist. So soll jede in Deutschland neu eingebaute Heizung mit mindestens 65 Prozent erneuerbarer Energien betrieben werden. Wärmepumpen werden als perfekte Lösung zur Beheizung ohne fossile Energieträger und ohne CO2-Ausstoß propagiert.  Warum, wie funktionieren Wärmepumpen und was macht sie so besonders? Wann lohnt sich der Umstieg, wie finde ich die richtige Pumpe und welche Vorgaben gilt es zu beachten?  All diese Fragen sowie die nötigen Informationen zu Planung, Einbau und Inbetriebnahme erfahren Sie in diesem Ratgeber der Stiftung Warentest. Wichtige Grundlagen zum Verständnis der Technologie, Kennzahlen, um einschätzen zu können, welche Wärmepumpenheizung für den eigenen Bedarf am besten geeignet ist und gesetzliche Vorgaben zur Energieeffizienz werden erklärt. Außerdem erhalten Sie viele praktische Tipps zu Dokumentation, Wartung, Fehlersuche und Optimierung Ihrer Anlage. Dieses Buch dient nicht nur als Entscheidungshilfe, ob der Wechsel zur Wärmepumpenanlage für Sie in Frage kommt, sondern bietet Ihnen die Möglichkeit, sich herstellerneutral über die verschiedenen Angebote zu informieren.  Abhängig vom Wärmepumpentyp gibt es diverse gesetzliche Vorgaben, die Sie als Bauherr oder Sanierer zu beachten haben. Genehmigungen müssen vor Baubeginn eingeholt oder finanzielle Förderungen geklärt werden. Die nötigen Checklisten, Tabellen und Musterrechnungen dafür finden Sie in diesem Handbuch. - Grundlagen: Funktion, Kennzahlen und technische Vorschriften - Wärmepumpenarten: Was bietet der Markt? - Rahmenbedingungen: Rechtliches, Verträge, Förderung - Inbetriebnahme und Wartung: Mit Abbildungen und Tipps, um Fehler zu vermeiden - Tabellen und Checklisten: Zur Entscheidungshilfe und Fehlerbehebung

Dipl. -Ing. (FH) Hans-Jürgen Seifert ist gelernter BMSR-Techniker und hat Luft -und Kältetechnik studiert. Er ist Inhaber eines Ingenieurbüros für Wärmepumpensysteme und hat sich auf die Begutachtung und Optimierung von Wärmepumpenanlagen spezialisiert. Als Sachverständiger für Energieeffizienz von Gebäuden (EIPOS) stellt er Privat -und Gerichtsgutachten für Wärmepumpenanlagen aus. Zudem ist er als Fachbuchautor sowie als Planer und Referent für verschiedene Weiterbildungseinrichtungen tätig.

Inhalt

Kapitel 1: Grundlagen: Funktion, Kennzahlen, technische Vorschriften
Warum eine Wärmepumpe?
- Erneuerbare Energien auf dem Vormarsch, Sanierung im Fokus
So funktionieren Wärmepumpen
- Absorption und Adsorption, On / off- und invertergeregelte Wärmepumpen
- Kältemittel machen's möglich, Verschiedene Betriebsweisen
Pro und Contra von Wärmepumpen: Brennwertheizungen, Höchste Energieeffizienz
Kennzahlen verstehen
- Leistungszahl / Coefficient of Performance (COP), Die Jahresarbeitszahl
Energetische Vorgaben zu Neubau und Bestand
- Vorschriften für Neubauten, für Bestandsgebäude
Wann lohnt sich der Umstieg?
- Voraussetzungen
KAPITEL 2: Wärmepumpenarten: Was bietet der Markt?
Single-Varianten
- Sole / Wasser-Erdwärmepumpe, Sonderformen der Erdwärmeabsorber
- Direktverdampfer, Offene Systeme, Eisspeicher, Luft-Wärmepumpen
Hybridmodelle
- Stand der Entwicklung, Kompakte Hybrid-Wärmepumpen
- Getrennte Hybrid-Wärmepumpenanlagen
- Kombination mit Photovoltaik- und thermischen Solaranlagen
Heizflächen für Wärmepumpen
- Flächenheizungen, Heizkörper
Kühlen mit Wärmepumpen
- Passive Kühlung, Aktive Kühlung, Platzierung der Geräte
Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen
- Gesetzliche Vorgaben, Zentrale und dezentrale Trinkwassererwärmung
- Indirekt beheizter Warmwasserspeicher, Trinkwarmwasser – Speicherladesystem
- Pufferspeicher mit Frischwasserstation, Bivalente Trinkwarmwasserspeicher
- Warmwasser-Wärmepumpe, Bivalente Systeme mit Vorwärmstufe
KAPITEL 3: Das richtige Wärmepumpensystem finden
Bedarf ermitteln: Heizwärmebedarf im Neubau. Heizwärmebedarf im Bestand
- Bedarf für Trinkwarmwasserbereitung, Anforderungen für Effizienzhäuser
Integration der Wärmepumpe in die Haustechnik
- Vorplanung, Heizflächen, Festlegung der Betriebsweisen, Pufferspeicher / Wärmespeicher
Die Wahl der richtigen Wärmepumpe: Wie erzielt man das beste Ergebnis?
Planung und Erschließung der Wärmequellen
- Dimensionierung von Erdwärmesonden, horizontaler Flächenkollektoren
- Installation von Brunnenanlagen, Wärmequelle Luft, Schallemissionen bei Luftwärmepumpen
Anlagenkonzept und Detailplanung: Hydraulikschema, Regelungskonzept, Umwälz- und Förderpumpen
Planung und Dimensionierung der Wärmepumpe: Der Bivalenzpunkt, Dimensionierung der Wärmepumpe
Inbetriebnahme, Dokumentation und Wartung: Der hydraulische Abgleich, Funktionsheizen
KAPITEL 4: Wirtschaftlichkeit und Ertrag optimieren
Was rechnet sich wirklich?
- Jahresarbeitszahl simulieren, Nutzung der Musterrechnungen, Bewertung der Varianten
Häufige Fehlerquellen bei der Planung der Wärmequelle, bei der Planung der Heizflächen und Speicher, bei Auswahl und Dimensionierung der Anlage
Mehr Effizienz – Ertrag optimieren
- Einflussmöglichkeiten durch den Hersteller, den Installateur
KAPITEL 5: Herstellerangaben bewerten und Angebote vergleichen
Herstellerangaben bewerten
- Heizleistung, Leistungszahl, Energieeffizienzklasse, Einsatzgrenzen
- Schallleistungspegel / Schalldruckpegel, Kältemittel / Füllgewicht / GWP-Wert
- Elektrische Daten, Angebote vergleichen, Begriffsklärung
KAPITEL 6: Rechtliches, Verträge, Förderung
Gesetzliche Rahmenbedingungen und Genehmigungen
- Allgemeine Bestimmungen, Spezielle Rahmenbedingungen
Vertragsinhalte, Konformitätserklärungen, Versicherungen
- Vorbereitungen für einen Vertragsabschluss, Inhalte eines Werkvertrags, Versicherungen
Förderungen: Allgemeine Fördervoraussetzungen, Fristen und Zuständigkeiten, Förderfähige Kosten
Stromversorgung für Wärmepumpen und Zusatzheizer
KAPITEL 7: Inbetriebnahme und Wartung: Fehler vermeiden
Bei der Inbetriebnahme: Einweisung des Betreibers in die Anlagenperipherie
Betrieb, Inspektion, Wartung und Service: Inspektion, Wartung, Fehlersuche
Anhang: Tabellen, Checklisten, Stichwortverzeichnis

Textauszug

So funktionieren Wärmepumpen: Auch bei Minustemperaturen Wärme aus der Umwelt gewinnen und in nutzbare Heizwärme umwandeln: Was wie ein Wunder klingt, funktioniert nach demselben Prinzip wie ein Haushaltsgerät, das jeder kennt.

WAS ERFAHRE ICH?

Der umgekehrte Kühlschrank

So funktioniert der Kältekreislauf

Absorption und Adsorption

On / off- und invertergeregelte Wärmepumpen

Kältemittel machen‘s möglich

Verschiedene Betriebsweisen

Wie Wärmepumpen wirken, lässt sich so zusammenfassen: Mittels eines elektrisch betriebenen Antriebs erzeugen Wärmepumpen aus Wärmequellen mit relativ niedrigem Temperaturniveau – etwa aus der Luft bis minus 25 Grad Celsius, aus Brunnen mit 8 bis 10 Grad Celsius oder mithilfe von Erdsonden oder Erdkollektoren mit Soletemperaturen bis minus 5 Grad Celsius – Vorlauftemperaturen von bis zu 70 Grad Celsius. Als VORLAUFTEMPERATUR bezeichnet man die Temperatur, auf die ein Wärmeträger (etwa Wasser) gebracht werden muss, bevor er dem Heizsystem zugeführt wird. Diese Wärme wird dem Wärmeübertrager dann entzogen und kann im Wohnbereich zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Der Wärmeübertrager wird anschließend mit einer geringeren RÜCKLAUFTEMPERATUR zum Wärmeerzeuger zurückgeführt und der Kreislauf beginnt von neuem. Doch wie funktioniert das genau, wo kommt die Wärme her? Vereinfacht gesagt, geht es im KÄLTEKREISLAUF einer Wärmepumpe um die Phasenumwandlung einer Flüssigkeit in Gas und umgekehrt bei definierten Drücken und definierter Temperatur. Das im Kältekreis zirkulierende Arbeitsmedium wird als Kältemittel bezeichnet.

Der umgekehrte Kühlschrank

Prinzipiell bestehen elektrisch angetriebene Kompressionswärmepumpen und Kältemaschinen, also etwa Kühlschränke, aus den gleichen Hauptkomponenten (siehe Grafik auf Seite 11):

Verdampfer

Verdichter

Verflüssiger

Expansionsventil

Verdampfer und Verflüssiger sind WÄRMEÜBERTRAGER, in denen sich der Aggregatzustand des in einem geschlossenen Kreislauf befindlichen Kältemittels durch Wärmezufuhr (im Verdampfer) und Wärmeentzug (im Verflüssiger) permanent ändert. Das funktioniert durch eine stete Abfolge von Verdampfung, Verdichtung, Verflüssigung und Entspannung. Die dafür benötigten Hauptkomponenten Verdampfer (im Bild blauer Pfeil), Verdichter, Verflüssiger (im Bild orangefarbener Pfeil) und das Expansionsventil werden in der Regel über Kupferrohre miteinander verbunden, abgedrückt, evakuiert und mit Kältemittel befüllt. Es handelt sich hierbei, wie in der nebenstehenden Grafik rechts dargestellt, um einen linksläufigen Kreisprozess.

Im Inneren eines Kühlschranks befindet sich der Verdampfer meistens hinten oder oben, wo er dem Kühlgut Wärme entzieht. Der Verflüssiger hingegen befindet sich in der Regel außen an der Rückwand des Kühlschranks, wo die Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben wird (siehe Grafik auf Seite 12). Nur besteht beim Kühlschrank das Ziel darin, einen definierten Raum zu kühlen, während Wärmepumpen vorzugsweise zum Heizen eingesetzt werden. Allerdings können einige von ihnen sowohl wärmen als auch kühlen – mehr dazu ab Seite 58.

So funktioniert der Kältekreislauf

Bei der Wärmepumpe läuft der geschilderte Kreislauf also in umgekehrter Reihenfolge ab: Dem flüssigen Kältemittel wird bei niedrigem Druck (Niederdruckseite) über den Verdampfer – etwa durch Außenluft, Grundwasser oder Sole – mit einer Eintrittstemperatur von 0 Grad Celsius Wärmeenergie zugeführt. Der Clou: Durch die niedrige Verdampfungstemperatur des Kältemittels funktioniert das auch, wenn die Wärmequelle Temperaturen im Minusbereich aufweist. Das flüssige Kältemittel verdampft und entzieht dabei der Umwelt Wärmeenergie, die VERDAMPFUNGSWÄRME.

Mittels Verdichtern (Kompressoren) wird das dampfförmige Kältemittel unter Zuführung mechanischer Arbeit nun komprimiert, wobei sich der Druck und die Dichte des Gases erhöhen. Dieser Vorgang wird leicht begreiflich, denkt man an eine Luftpumpe: Jeder, der einem Fahrradreifen schon einmal mit einer Handpumpe Luft zugeführt hat, weiß, dass das Pumpengehäuse nach wenigen Hüben warm wird. Anschließend wird das unter hohem Druck (Hochdruckseite) stehende dampfförmige Kältemittel durch den Verflüssiger oder Kondensator geleitet, wo es wieder in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Die im Kältemittel enthaltene Wärmeenergie wird in diesem Prozess auf das Heizwasser übertragen. Schließlich wird der Druck über ein Expansions-/Entspannungsventil wieder auf das Ausgangsniveau herabgesenkt, und der Prozess beginnt von vorn.

FUNKTIONSSCHEMA EINER WÄRMEPUMPE

Kreislauf des Kältemittels in einer Wärmepumpe: Im Verdampfer wird die Wärme aus dem Erdkollektor aufgenommen, durch Verdichtung erhöht und im Verflüssiger an die Heizung abgegeben.

Wo beim Kühlschrank als Nebenprodukt „Wärme“ entsteht, die auf der Rückseite des Kühlschrankes als Wärmeenergie abgeleitet wird, produziert eine Wärmepumpe als Nebenprodukt „Kälte“, die bei Bedarf genutzt werden kann (siehe „Kühlen mit Wärmepumpen“ ab Seite 58). Dabei ist unter dem Begriff „Kälte“ im thermodynamischen Sinn die Abwesenheit von „Wärme“ zu verstehen.

FUNKTIONSSCHEMA EINES KÜHLSCHRANKS

Analogie zum Kühlschrank

Absorption und Adsorption

Neben der im Ein- und Zweifamilienhaus am häufigsten anzutreffenden Kompressionswärmepumpe existieren auch andere Funktionsarten: Absorptions- und Adsorptionswärmepumpen. Geräte, bei denen die Umweltwärme vom Kältemittel in sich aufgenommen wird, nennt man ABSORPTIONSWÄRMEPUMPE (absorbieren = in sich aufnehmen). Bei Bei ADSORPTIONSWÄRMEPUMPEN (adsorbieren = anlagern) dagegen wird die Umweltenergie durch einen Prozess der Anlagerung an eine Oberfläche nutzbar gemacht. Konkret schlägt sich Wasserdampf an einem Adsorptionsmittel von großer Oberfläche nieder. Diese plötzliche Änderung des Aggregatzustands von gasförmig zu flüssig setzt die aufgenommene Umweltenergie wieder frei. Da derartige Wärmepumpen jedoch zu teuer und nicht effizienter als etwa eine Erdwärmepumpe sind, konnten sie sich nicht am Markt etablieren.

On / off- und invertergeregelte Wärmepumpen

Bei On/off-Wärmepumpen („Ein/aus-Wärmepumpen“, auch als Fixed-Speed-Wärmepumpen bekannt) wird der Verdichter immer mit einer KONSTANTEN DREHZAHL betrieben. Werden sie eingeschaltet, so bringen sie im definierten Arbeitspunkt, zum Beispiel Sole 0 Grad Celsius / Wasser 35 Grad Celsius, immer die im Datenblatt angegebene volle Heizleistung. Da die volle Heizleistung nur bei der tiefsten Normaußentemperatur benötigt wird, erfolgt die Leistungsregulierung über die Laufzeit. Wird der eingestellte Temperatursollwert zur eingestellten Schalthysterese (beispielsweise 5 Kelvin) unterschritten, schaltet die Wärmepumpe ein. Ist der Sollwert erreicht, schaltet die Wärmepumpe wieder ab. Ist die Wärmepumpe zu groß dimensioniert, schaltet sie in der Übergangsperiode häufig ein und aus (sie taktet zu viel), was sich nachteilig auf Effizienz und Lebensdauer auswirkt.

TECHNISCHE PARAMETER VERSCHIEDENER KÄLTEMITTEL FÜR WÄRMEPUMPEN

Bei einer invertergeregelten Wärmepumpe (auch modulierende Wärmepumpe genannt) wird die Drehzahl des Verdichters über die FREQUENZÄNDERUNG so geändert, dass die Wärmepumpe nur die jeweils benötigte Heizleistung erzeugt. Die Heizleistung ist also über den Modulationsbereich variabel, während bei einer On/off-Wärmepumpe die Leistungsabgabe immer gleich ist, wenn sie eingeschaltet ist. Fährt eine modulierende Wärmepumpe nicht die volle, sondern nur die angeforderte Leistung, befindet sie sich im TEILLASTBETRIEB. Bei zweistufigen Wärmepumpen ist die Teillast der Betrieb mit nur einem Verdichter.

Da sich eine invertergeregelte Wärmepumpe dem Leistungsbedarf anpasst, kommt sie auch auf wesentlich höhere, in etwa doppelte Laufzeiten....

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 15.11.2022
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Sachbuch/Ratgeber ► Freizeit / Hobby ► Hausbau / Einrichten / Renovieren
• Schlagworte: Altbau • Bauen • DIY • Energieeffizienz • Energiemanagement • Energie sparen • Erdwärme • Erdwärmepumpe • Erneuerbare Energien • Fachbuch • Flächenheizsysteme • Fördermöglichkeiten • Fußbodenheizung • Garten • Haus • Hausbau • Haus renovieren • Haussanierung • Haustechnik • Heizen • Heizkosten sparen • Heizsystem • Heiztechnik • Hybridsysteme • Installation • JAZ/Jahresarbeitszahl • Klima • Leitfaden • Luftwärmepumpe • Nachhaltigkeit • Neubau • Neuerscheinung • Ökologisch • Sanierung • Selber • Umweltenergie • Verstehen • Vorkenntnisse • Wärmepumpe optimieren • Wärmetauscher • Warmwasser • Wasser • Wirtschaft • Zentralheizung
• ISBN-10: 3-7471-0603-X / 374710603X
• ISBN-13: 978-3-7471-0603-7 / 9783747106037