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Datum: 26. Sep 2017
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Zufriedenheit unserer Kunden ist für uns die wichtigste Referenz. Lesen Sie die Story "Umrüstung auf die Ai1 QL Waterkotte Wärmepumpe" bei Architekt Andrè Kalbertodt. Die Heizkosten halbiert - die Umwelt geschont!
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Vortrag Wärmepumpen - Teil 1
Vortrag Wärmepumpen - Teil 1 5.0 out of 5 based on 595 reviews.

Wärmepumpen
Wärmepumpen sind bei diesem Vortrag die vielleicht bekannteste und am häufigsten eingesetzte Variante der alternativen Heizsysteme.
Ich möchte Ihnen aufzeigen, dass eine Wärmepumpe eine interessante Alternative ist, aber sich auch nicht überall einsetzen lässt.


Systemunterscheidung
Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpensystemen. Im Prinzip unterscheidet man sie an der Nutzung der Wärmequelle, d.h., woher die Wärmepumpe ihre Energie bezieht. Es gibt die Möglichkeit, die Erdwärme zu nutzen über eine Tiefenbohrung oder einen horizontal verlegten, sogenannten Erdkollektor, das ist die am häufigsten genutzte Variante. Weiterhin kann man die Energie der Außenluft nutzen, das Grundwasser oder Prozesswärme, als rein industrielle Anwendung.


Kreise
Eine Wärmepumpenanlage, und dort werden die meisten Fehler begangen, muss immer ganzheitlich betrachtet werden, d.h., alle drei Kreise, die Wärmequelle (Erdreich, Luft, etc.), die eigentliche Wärmepumpe und die Wärmeabgabe (Fußboden- oder Wandheizung). Diese drei Kreise müssen immer gemeinsam betrachtet werden, da die Effizienz der Wärmepumpe entscheidend von der richtig bemessenen Wärmequelle und von der Wärmeabgabe abhängt. Die Wärmepumpe kann nur so gut arbeiten, wie Wärmequelle und Wärmeabgabe bemessen sind. Und somit bin ich auch schon am heikelsten Punkt angelangt, der Effizienz. Über das Funktionieren der Anlage brauche ich nichts mehr zu sagen, da man das im Prinzip voraussetzen kann, heißt, es wird definitiv warm und auch die Warmwasserbereitung funktioniert problemlos. Um nun die Effizienz der Anlage zu betrachten, muss ich aber nun mehr ins Detail gehen, ihren Aufbau, ihre Arbeitsweise.

Eine Wärmepumpe hat eigentlich jeder zu Hause stehen. Den Kühlschrank. Der Kühlschrank funktioniert im Prinzip genauso wie eine Wärmepumpe. Nur nutzen wir hier die Kälte und nicht die Wärme. Das Gefrierfach wird praktisch in die Erde gepackt und das Wärmeregister auf der Rückseite entspricht der Fußbodenheizung oder den Heizkörpern. Genauso wie im Kühlschrank haben wir in der Wärmepumpe einen Kompressor, nur um einiges größer. Des Weiteren ein Kältemittel, ein spezielles Gas. In der Wärmepumpe haben wir jetzt noch zusätzlich zwei
Wärmetauscher. Einer nimmt die Kälte auf und führt sie in die Erde ab, der zweite nimmt die Wärme auf und führt sie an die Fußbodenheizung ab.

Wie funktioniert nun eine Wärmepumpe. Alle kennen das, wenn man bei einer Fahrradluftpumpe vorne das Ventil zuhält und zudrückt, wird die Luftpumpe warm. Die Luft wird zusammengedrückt und erwärmt sich dabei, ein bekanntes physikalisches Prinzip. Der Kompressor macht mit dem Kältemittel im Prinzip nichts anderes. Er nimmt sich über einen Wärmetauscher die Temperatur aus der Erde z.B. 5°C, presst sie im Kompressor zusammen, nun haben wir beispielsweise 40° C. Diese 40° C werden über den zweiten Wärmetauscher an die Fußbodenheizung oder die Heizkörper abgegeben und auf 35° C abgekühlt. Das Gegenteil des Kompressors ist das Entspannungsventil. Das Entspannungsventil bringt nun den Druck wieder auf das ursprüngliche Niveau zurück. Anfangs hatten wir 5° C. Da wir aber Energie entzogen haben, kann es jetzt nur weniger sein, d.h., 0° C. Diese 0° C werden jetzt vom Wärmetauscher aufgenommen und in die Erde abgeführt, wo sie sich wieder auf 5° erwärmt und der Kreislauf beginnt von vorn.

Verständnis für Effizienz
Die Wärmepumpe hat jetzt die Wärme der Erde, auch wenn sie nur 5° C betragen hat, auf ein für uns nutzbares höheres Niveau gepumpt, eben eine Wärmepumpe.
Warum bin ich jetzt so sehr ins Detail gegangen? ... Um Ihr Verständnis für die Funktion der Wärmepumpe zu entwickeln. Jedes Grad Celsius muss erarbeitet werden. Jedes Grad mehr als nötig kostet mehr Strom. Die Wärmepumpe ist keine Verbrennungsanlage wie bei Gas, Öl oder Holz, wo ich eine Flamme von 800° C habe und ich für höhere Vorlauftemperaturen der Heizung einfach das Wasser etwas länger über die Flamme halte. Dabei würde sich bei einer Verbrennungsanlage lediglich die Abgastemperatur erhöhen und ich hätte vielleicht 3, 4, 5% höhere Verluste. Die Wärmepumpe hat dazu im Vergleich 30, 50% und mehr Verlust. Das bedeutet, eine Wärmepumpe kann, um effizient arbeiten zu können, nur an ein Niedertemperatursystem wie eine Fußboden- oder Wandheizung angeschlossen sein. Heizkörper funktionieren auch, die Wärmepumpe schafft auch 40 - 50° C, aber die Heizkörper sollten so ausgelegt sein, bzw. Niedertemperatur-Heizkörper sollten installiert werden (Jaga/DBE).

Zusammenfassung Wärmepumpe
Ich fasse kurz zusammen. Wir wissen jetzt wie die Wärmepumpe funktioniert... hatten wir ja alle in der Schule schon, uraltes Prinzip, kein Problem, wir wissen auch, dass jedes Grad Celsius hart erarbeitet werden muss und ich die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich halten muss. Wichtig ist der hydraulische Abgleich.

Wärmequelle
Kommen wir nun zur praktischen Anwendung und wie ich die Wärmepumpe am effizientesten einsetze. Ich benötige für die Wärmepumpe eine Tiefenbohrung oder einen Erdkollektor. Am meisten wird die Tiefenbohrung eingesetzt. Dafür werden, nehmen wir mal ein neu gebautes Haus von 150 m² an, ca. 120 Bohrmeter benötigt, meistens sind es zwei Bohrungen je 60 m, 14 cm im Durchmesser. Je nach Bodenbeschaffenheit kann es mehr oder weniger sein. Im Schnitt rechne ich mit ungefähr 70 W Heizleistung pro Bohrmeter. In diese Bohrlöcher werden jetzt Sonden aus HDPE eingeführt. Das sind diese schwarzen Rohre mit den blauen Streifen, die auch die
Wasserwerke für Ihre Trinkwasserleitung verwenden. Definitiv lange haltbar und unproblematisch. Oben werden die Sonden in ca. 1 m Tiefe zusammengeführt, entweder direkt oder noch einmal an einen Verteiler in einem Schacht angeschlossen und lediglich die beiden Vor- und Rücklaufleitungen werden ins Haus an die Wärmepumpe geführt. Dieses System kostet natürlich einiges. Rechnen Sie insgesamt bei 120 Bohrmetern mit 5000 - 7000 € oder ca. 50,00 €/Bohrmeter zzgl. Anbindung. Es ist aber auch eine einmalige Investition, da die Sonden praktisch nicht verschleißen.

Preiswerter geht es mit einem Erdkollektor. Aber Sie benötigen, um bei dem 150 m² Haus zu bleiben, ca. 160 m² Fläche, die nicht überbaut wird. Außerdem sollten Sie, um wirklich Kosten zu sparen, die Erdarbeiten in Eigenleistung erbringen. Tiefbau als Fremdleistung ist meist teurer. Der Erdkollektor wird dabei in ca. 1,30 - 1,50 m Tiefe verlegt. Das sind dann bei unseren 32 mm Rohren ca. 6 Kreise a 75 m Länge, die mit 40 cm Abstand verlegt werden. Wer die Möglichkeiten hat, kann richtig Geld sparen. Die Kosten für das Material und Montage liegen bei ca. 2000,00 € zzgl. Ihrer Kosten für die Erdarbeiten.

Es ist auch möglich eine Regen- oder Abwasserversickerung über dem Erdkollektor zu verlegen, denn durch die zusätzliche Wasserzuführung regeneriert sich das Erdreich viel schneller wieder. Schlussendlich werden die Rohre bei der Tiefenbohrung, genauso wie beim Erdkollektor, mit einem Glykol-Wasser-Gemisch gefüllt, das nicht einfrieren kann. Im Prinzip nichts anderes, als im Kühler Ihres Autos. Was die Auslegung der Größe der Tiefenbohrung oder des Erdkollektors betrifft, sollte dies unbedingt ein Fachmann tun. Denn eine zu klein ausgelegte Wärmequelle kann die benötigte Leistung nicht liefern und bricht bei Belastung temperaturseitig zusammen. Das kann, trotz Frostschutz bis zu Frostschäden am System gehen.

 Weiter zu Teil 2 des Vortrags

Zuletzt aktualisiert am Freitag, den 20. November 2009 um 11:57 Uhr
 
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