Umweltwärme, Geothermie und Wärmepumpen

Die Wärmebereitung mit Öl-, Gas- und Kohle verstärkt den Treibhauseffekt, daher brauchen wir einen Ersatz für diese Heizsysteme.

Für niedrige Temperaturen kommt der Wärmepumpe ein besonderer Stellenwert in der Energiewende zu, da Umweltwärme (z.B. Luft, Boden, Grundwasser, Geothermie) und Abwärme reichlich vorhanden sind.

  • Erdwärme oder Geothermie bezeichnet die im Erdreich gespeicherte Wärme. Die obersten zehn Meter liegen im Einflussbereich der jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankung. Darunter steigt die Temperatur an, pro 100 Meter um circa drei Grad Celsius.
    • "Oberflächennahe Geothermie": Nutzung von Erdwärme in den oberen 300 Tiefenmetern. Die Wärme wird mittels Wärmepumpe effizient auf die im Gebäude erforderliche Temperatur gebracht. Für einige Regionen gibt es bereits Erdwärmepotenzialkataster, z.B. www.wien.gv.at/stadtentwicklung/energieplanung/stadtplan/erdwaerme/
    • "Tiefe Geothermie": Nutzung natürlich vorhandener Heißwässer (Thermalwässer) zu Heizzwecken oder zur Stromgewinnung. Versuchsborungen sind erforderlich.
  • Abwärmepotenziale: http://www.austrian-heatmap.gv.at/das-projekt/

Im Jahr 2015 waren rund 242.000 Wärmepumpen in Betrieb, 2030 werden es laut Technologieroadmap Wärmepumpe zwischen 380.000 und 975.000 sein.

Für den Antrieb der Wärmepumpen soll Strom aus erneuerbaren Energien genutzt werden (Gas-Wärmepumpen mit Biogas). Derzeit werden Wärmepumpen in der Regel nicht fossilfrei betrieben, der Strommix sollte sich aber in den nächsten Jahren so verändern, dass die CO2-Emissionen deutlich abnehmen werden.

Welche Gebäude eignen sich für die Beheizung mit Wärmepumpen?

Grundsätzlich sollte das Gebäude mit einer Niedertemperaturheizung beheizt werden. Andernfalls ist mit hohem Stromverbrauch zu rechnen.

Prüfen Sie mit dem online-Tool "machvier - Der Rechner für nachhaltige Wärmepumpen", ob eine Luft-Wasser-Wärmepumpe für folgendes Gebäude eine effiziente Lösung darstellt: Bestandsgebäude, HWB 100 kWh/m²a, 130 m² beheizte Bruttogrundfläche, 4 Personen, Radiatoren. Versuchen Sie die JAZ durch Auswahl von Maßnahmen zu verbessern!

Die Jahresarbeitszahl JAZ ist die Kennzahl für die Effizienz der Wärmepumpe über das Jahr. Für eine Förderung wird beispielsweise in der Steiermark gefordert: kombiniert Raumwärme und Warmwasser: JAZGesamt ≥ 3,5

Effizient bedeutet aber nicht unbedingt geringer Strombedarf.
Beispiel: Braucht eine weniger effiziente Wärmepumpe mit einer JAZ von 3 in einem Passivhaus mehr Strom als eine Wärmepumpe mit JAZ 4 in einem Haus mit HWB 30 kWh/m2a?

Professionelle Heizungsplanung berechnet und optimiert die JAZ z.B. mit dem Wärmepumpen-Berechnungstool „JAZ calc“.

Auswahl einer guten Wärmepumpe

Die Leistungszahl COP (Coefficient of Performance) wird bei konstanten Betriebsbedingungen im Labor gemessen. Sie ist geeignet um verschiedene Wärmepumpenfabrikate zu vergleichen.
Der SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) bildet die Leistung einer Wärmepumpe bei 4 verschiedenen, je nach Klima unterschiedlich gewichteten Temperaturen ab.
Das EHPA Gütesiegel erhalten Wärmepumpen, die von einem neutralen Testzentrum auf Einhaltung der geforderten Richtlinien geprüft worden sind.
Das SG Ready-Label wird an Wärmepumpen-Baureihen verliehen, deren Regelungstechnik die Einbindung der einzelnen Wärmepumpe in ein intelligentes Stromnetz (engl. smart grid = SG) ermöglicht. Die EU hat eine Bestimmung ausgehandelt, wonach größere Energieversorger in Zukunft flexible Tarife für Haushalte anbieten müssen. Damit wird es auch finanziell interessanter, den Betrieb der Wärmepumpe flexibel zu ermöglichen - in Verbindung mit Wärmespeicherung. Beispiel für einen Tarif in Verbindung mit dem SG Ready -Label: https://www.awattar.com/services/syncer


Abbildung: Das Grundprinzip der Regelstrategie zur Speicherung von thermischer Energie aus Netzstrom innerhalb der Gebäudestruktur (S. Handler, 2015). Windfreigabe steht für billigen Strom eines Windkraft-Energieversorgers. Spezielle Stromtarife dazu bieten derzeit aWATTar und ENAMO sowie die WEB an. Die Wärmepumpe wird in Zeitfenstern mit günstiger oder kostenloser Energie aktiviert. Ohne Komfortverlust kann man so die Energiekosten um bis zu 20 Prozent senken.

Effizienz der Wärmepumpe im Betrieb
Um das festzustellen braucht es einen Wärmemengenzähler und Daten zum Stromverbrauch:
produzierte Wärmemenge / benötigte Strommenge = JAZ der Wärmepumpenanlage im Betrieb.

Wärmepumpe und Solarenergie

Die thermische Solarwärmeanlage übernimmt im Sommerhalbjahr die Warmwasserbereitung weitgehend. Die Wärmepumpe geht dann nicht in Betrieb, was ihre Lebensdauer verlängert. Die Jahresarbeitszahl der Gesamtanlage verbessert sich deutlich. Da Überschüsse aus der Solarwärmeanlage im Gegensatz zu Strom meist nicht in ein Netz eingespeist werden können, wird die Solaranlage nach Anforderung dimensioniert (ca. 2 m² pro Person)

Wärmepumpe und Energiewende

  • Gebäude, die mit niedrigen Vorlauftemperaturen beheizt werden können; Niedertemperaturheizungen auch in Bestandsgebäuden
  • Wärmepumpen flexibel, ansteuerbar vorrangig wenn Stromüberschuss im Netz (Wind-, PV-Strom). Derzeit werden vor allem Luft-Wasser-Wärmepumpen ohne Speicher und netzdienliche Regelung installiert.
  • Wärmespeicher (aktivierbare Gebäudemasse, Wasserspeicher) damit der Strombezug um Stunden bis Tage verschoben werden kann.

Heizsysteme, bewertet nach klimaaktiv: www.klimaaktiv.at/erneuerbare/

 machvier - Online-Rechner zur raschen Ermittlung der JAZ, klimaaktiv
 Berechnung JAZ mit JAZcalc (www.qgw.at)

 Energie im Gebäude - Gebäudetechnik - Wärmepumpe

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