Wärmepumpen - Energie aus der Umwelt:

 

Wärmepumpen– Quellen

Energie aus der Umwelt wird mit Hilfe von elektrischer Energie auf das erforderlicheNiveau für die Heizung gebracht.Bei modernen Anlagen wird eine Leistungszahlvon mehr als 4 realisiert d. h. mit Hilfe von 1 kW elektrischer Leistung wirdeine Wärmeenergie von mindestens 4 kW erzeugt. Der benötigte Strom dazu wird häufig über einen separaten Zähler geliefert und ist üblicherweise zugünstigeren Tarifen zu haben (vegleichbar dem früheren „Nachtstrom“). AlleSysteme funktionieren am besten mit einem Pufferspeicher.

 

 

Flächenkollektor als Wärmequelle für Sole-Wasser-Wärmepumpen 

 

Die Wärme wird über einen Flächenkollektor aufgenommen. Sie wird vom Erdreich an einen Hilfskreis(Solekreis ) abgegeben, der  die Wärme andie Wärmepumpe abgibt. Bei dieser Wärmequelle wird das Erdreich der oberstenErdschicht bis zu einer Tiefe von 1,5m genutzt. Der Platzbedarf der unbebautenFläche in der Nähe des Gebäudes beträgt bis zum 3-fachen der Wohnfläche – beidirekten Systemen 1:1. Die nutzbare Wärmemenge und damit die Größe der notwendigen Fläche hängt von den Eigenschaften des Erdreichs, Einstrahlungsenergie und von klimatischen Verhältnissen wieRegenerierung der Quelle durch Oberflächenwasser (Regen)  ab. Die Speichereigenschaften und dieWärmeleitfähigkeit sind um so größer, je mehr der Boden mit Wasser angereichertist, je höher der Anteil der mineralischen Bestandteile und je geringer diePorenanteile sind.  

 

Die spezifischen Entzugsleistungen von Erdkollektoren:
 

Bodenbeschaffenheit
Entzugsleistung in Watt je m²
Trocken, sandig
10 – 15
Feucht, sandig
15 – 20
Tocken, lehmig
20 – 25
Feucht, lehmig
25 -30
Grundwasserführend
30 – 35


 

Die erforderliche Kollektorfläche wird nach der Heizlast des Hauses und der Beschaffenheit des Erdreichs berechnet. Um dem Erdreich Wärme zu entziehen, müssen Kunststoffrohre im Boden in mehreren Kreisen verlegt werden. Die einzelnen                   Rohrkreise sollten gleich lang sein – je Kreis bis 100 m. 
 

 


Energiekorb als Wärmequelle für Sole-Wasser-Wärmepumpen  

 

DieWärme wird über einen Energiekorb aufgenommen.  Bei dieser Wärmequelle wird das Erdreich der nächsten Erdschichtbis zu einer Tiefe von  7 m genutzt. Die besten  Temperaturen liegen im Bereichvon 5 m, da hier der Effekt                          der Regenerierung durch im Erdreich gespeicherte Sonnenenergie und Regenwasser am höchsten ist.Der Platzbedarf  der unbebauten Fläche in der Nähe des Gebäudes beträgt   mind.16 m² je Energiekorb. Ein Energiekorb (5m) hat eine Entzugsleistungvon bis zu 1100 Watt. Die Energiekörbe können auch vertikal verlegt werden.
 

    

Horizontalbohrung als Wärmequelle für Sole-Wasser-Wärmepumpen

Bei diesem Verfahren wird ebenfalls der optimaleBereich um 5 m unter der Erdoberfläche genutzt. Die Horizontalbohrung benötigteine Grundstückslänge von ca. 40 m.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Erdwärmesonden (Tiefenbohrung) zur Nutzung der geothermischen Energie  

 

 

 

 

Bei dieser Methode werden u-förmige Rohrschleifen in bis zu 100 m tiefe Bohrlöcher eingebracht. Weil die Bohrlöcher verpresst werden müssen, um einen Austausch der verschiedenen „Grundwasseretagen“ zu verhindern, ist dies die derzeit teuerste Methode einer Nutzung der Erdwärme. Sie gilt aber derzeit auch als zuverlässigste.   

 

 

 

Bodenbeschaffenheit
Entzugsleistung in Watt je m Tiefe
Trocken, sandig
20
Feucht, sandig
55 – 65
Ton, lehmig, feucht
30 – 40
Kalk, masisv
45 - 60
Sandstein
55 – 55

 

 

Energiezaun als Quelle  

 

Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen „Zwitter“, der sowohl Energie aus dem Erdreich (im erdnahen Bereich)  als auch aus der Umwelt (Luft) bezieht. Der Energiezaun ist ein idealer Ersatz als geräuschloseLuft-Wärmepumpe.

 

 

 

 

 

 

 

 

Vorteile:

 

Auch bei Sanierungen anwendbar, da höhere        Vorlauftemperaturen heizungsseitig möglich sind

GeringerPlatzbedarf – nur ca. 1,2 lfm je kW Heizleistung

 

 

 

Hinweise

Wichtig bei allen Verfahren: Die Quelle darf nicht unterdimensioniert sein. Zu klein ausgelegte Quellen entziehen dem Boden zu viel Wärme und die Quelle kann nichtregenerieren. Die im Erdreich zum Heizen zur Verfügung gestellte Temperatur sinkt über die Jahre kontinuierlich, die Leistung geht fast vollständig verloren, die Quelle kann sogar einfrieren. Das korrekte Errechnen des Wärmebedarfs für dasGebäude, die richtige Beurteilung der geologischen bzw. hydrologische sowie auch der topographische und geografischen Situation sind wesentlich bei allen Verfahren. Weiterhin kann es regional auch genehmigungsrechtliche Unterschiede geben. Es ist also wichtig, dass Ihre Anlage von einem Fachbetrieb geplant undinstalliert wird.

 
Bei derDimensionierung von Erdgas- oder Heizölheizungen haben die Installateure die Leistung meist überdimensioniert (auch als „Angstzuschlag bekannt). Dasbedeutet, dass die Anlagen meist größer sind oder waren, als erforderlich. Eineunterdimensionierte Heizleistung hat es also kaum gegeben.Bei Verwendung einerWärmepumpe führt aber eine Überdimensionierung zu ungewünschten Ergebnissen.Sie schaltet sich häufig an und wieder aus, da die benötigte Wärmeenergie inkurzer Zeit zur Verfügung steht. Dieses Verhalten wird als Takten derWärmepumpe bezeichnet. Häufiges Takten führt zu einer  geringeren Lebensdauer. Die  Jahreslaufzeiten sollten von 1.800 bis 2200Stunden betragen.  

 

Heizleistungsbedarffür verschiedene Objekte

 

Art des  Objektes
Erforderliche  Heizleistungin Watt  je m²
Passivhaus
10
Niedrigenergiehaus
40
Neubau mit guter Wärmedämmung
50
Haus mit normaler Wärmedämmung
80
Altbau, schlecht gedämmt
bis 120

 

Wasser– Wasser- Wärmepumpen als Wärmequelle, auch Brunnenanlagen            oder „offene Systeme“ genannt   

 

 

Bei diesen Systemen für Erdwärmenutzung handelt es sich um Grundwasserbrunnen, die auseinem sog. Förder- und Schluckbrunnen bestehen, die mindestens 15 m von einander entfernt sein sollten. Das Grundwasser hat eine relativ konstante Temperatur von 8 bis 12°C  und ist sehr gut als Warmequelle furWärmepumpen geeignet.                 Einschränkungen bestehen hier durch die Verfügbarkeit ausreichend ergiebiger Grundwasserleiter mit geeigneter  Wasserqualität in nicht zu großer Tiefe in allen Regionen Deutschlands. Weitere Probleme können sich durch regionale Bestimmung ergeben.   

Die Brunnenleistung muss eine Dauerentnahme für den Nenndurchfluss der angeschlossenen Wärmepumpe gewährleisten; dies entspricht etwa 0,2 bis 0,3 Kubikmeter je Stunde für jedes kW Verdampferleistung. Die Ergiebigkeit eines Brunnen hängt von den geologischen Gegebenheiten ab und kann durch            Pumpversuchenachgewiesen werden. Bei einer Grundwasser-Wärmepumpe sollte der Temperaturabfalldes zurückgeleiteten Grundwassers + - 6 k nicht überschreiten. Eine oberhalbder Kiesschüttung eingebrachte Tonsperre verändert den Zutritt von Luft undSickerwasser. Die Kiesschüttung zwischen Brunnenbohrung und Förderrohr solltedabei einer Stärke von 50 bis 70 mm aufweisen. Das Saugrohr bzw. der Einlaufder Unterwasserpumpe im Entnahmebrunnen und das Fallrohr im Schluckbrunnenmüssen in jeden Betriebsbestand immer außerhalb der Wasserrohrfläche enden.
Die chemische Zusammensetzung des Grundwasser ist von großer Bedeutung, man spricht auch von aggressivem Wasser, welches einen erhöhten Wartungsaufwand der Anlage verursachen kann.
Meist ist eine Probebohrung erforderlich, die ggf. später genutzt werden kann.Das gesamte System soll geschlossen sein und permanent unter Überdruck stehendamit keine Wasseraufbereitung notwendig wird.
Auch bei der Verlegung grundwasserführender Leitungen müssen bestimmte Auflagenbeachtet werden.
So müssen z.B. grundwasserführende Leitungen außerhalb von Gebäuden infrostsicherer Tiefe verlegt bzw. isoliert werden damit das Grundwassermöglichst wenig abkühlt, und eine Temperatur sichergestellt und das Wasser vordem Einfrieren bewahrt wird. Der gesamte Kreislauf sollte nicht mit Luft inKontakt kommen. 
Genehmigung einer Grundwasser/Wasser- Wärmepumpenanlage muss von derzuständigen Kreisverwaltungsbehörde in den jeweiligen Kreisen genehmigt werden.Die Zustimmung kann an bestimmte Auflagen gebunden sein.

 

Luft – Wasser - Wärmepumpen

 

 

Im Garten oder im Haus aufgestellte  Außenluft-Wärmepumpe             liefernden größten Teil der Heizenergie. Luft-Wärmepumpen                   können ganzjährig ein Haus heizen. An extrem kalten Tagen  kann über einen Elektroheizstab oder eine andere, vorhandene  Heizquelle zugeschaltet werden. Nachteil: Das Gerät arbeitet nicht geräuschlos.

 

 

 

 

Heizen mit Abluft

Die Wärmeverluste über die Außenflächen von Neubauten gehen immer weiterzurück. Aber Wärmeverluste durch die erforderliche Lüftung bei diesen Systemen werden  größer. Für  gesundes und angenehmes Wohnen ist ein Luftaustausch unverzichtbar und auch vorgeschrieben. Ständig geöffnete  Fenster machen Bemühungen zur kontrollierten Lüftung und zur Reduzierung des Energieverbrauchs zunichte.  Abluft-Wärmepumpen ziehen über die Wohnraumlüftung  verbrauchte Luft ausbestimmten Räumen des Hauses ab. Darin gespeicherte Wärme wird mit Hilfe der Abluft-Wärmepumpe zurückgewonnen und ganzjährig für die Warmwasserbereitung undHeizung genutzt.

 

 

EVU / Sperrzeiten:

Die Energieversorger können den Strom für die Wärmepumpezeitweise abschalten, um sicherzustellen, dass der evtl. günstigere Tarif nicht anderweitig missbraucht wird. Dies ist ebenfalls bei der Auslegung zuberücksichtigen.

 

Der Warmwasser- Brauchwasserbedarf:

Für den üblichen Haushalt wird von einem maximalen Warmwasserbedarf von 50 l pro Person und Tag mit ca. 45°C ausgegangen. Dies entspricht einer zusätzlichen Heizlast von etwa 0,25 kW pro Person bei 8 Stunden Aufheizzeit. Eine Wärmepumpe, die auch das Brauchwasser erwärmen soll, ist folglich etwas größer auszulegen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 


 

 

Lexikon
Energielexikon