Wer neu baut steht oft vor der Frage, wie das Gebäude energiesparend und kostengünstig beheizt werden kann. Eine Variante ist der Einbau einer Wärmepumpe. Wärmepumpen gibt es aber je nach Wärmequelle und angestrebter Nutzung in vielen Ausführungen. Welche ist die richtige? Ist eine Wärmepumpe für den speziellen Fall überhaupt geeignet? Die verschärften Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2014, die nun für den Neubau seit Anfang 2016 einzuhalten sind, stellen auch an die Gebäudeheizung hohe Anforderungen. Einfache Antworten oder einen Königsweg gibt es auch hier nicht.
Das Grundprinzip
Wärmepumpen gewinnen die Heizenergie aus Umweltenergie. Das Prinzip funktioniert dabei ähnlich wie beim Kühlschrank. Nur dass hier dem Erdboden, dem Grundwasser oder der Umgebungsluft Energie entzogen wird. Das sind die am häufigsten genutzten Energiequellen. Auch andere sind denkbar. Die gewonnene Energie wird über einen sogenannten thermodynamischen Prozess auf ein höheres Temperaturniveau „gepumpt“. Anschließend kann die so gewonnene Wärmeenergie zu Heizzwecken und zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden.
Was bedeutet COP?
Der COP (Coefficient of Performance) beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der gewonnenen Wärmeenergie zur eingesetzten Antriebsenergie. Ein COP = 4 bedeutet demnach, dass aus 1kW Elektroenergie 4kW Heizenergie erzeugt werden. Der Wert für den COP wird im Prüflabor für die jeweilige Wärmepumpentype bei vorgegebenen Verhältnissen ermittelt. Er ist aus den technischen Unterlagen des Herstellers ersichtlich. Zwischen den im Prüflabor angenommenen Verhältnissen und den realen Gegebenheiten des konkreten Einsatzes können durchaus Unterschiede bestehen. Der COP ist beispielsweise auch von der Temperatur des Entzugsmediums abhängig. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Entzugsmedium – zum Beispiel Erdreich oder Luft – und dem Kältemittel der Wärmepumpe ist, umso größer wird der Antriebsaufwand. Um die gleiche Heizleistung zu erzielen, muss also mehr Antriebsenergie zur Umwälzung des Kältemittels eingesetzt werden.
Wichtiges Kriterium JAZ
Wichtiger als der COP ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Die Jahresarbeitszahl stellt auch das Verhältnis von gewonnener Wärmeenergie zu der für den Antrieb eingesetzten Energie dar – bezogen auf ein Jahr. Dabei werden beim realen Einsatz die unterschiedlichen Temperaturverhältnisse berücksichtigt. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist deshalb kleiner als der ermittelte COP. Einfluss auf die JAZ hat auch die Wärmequelle und die richtige Dimensionierung der Wärmepumpe. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) nutzt die JAZ deshalb als Maßstab für die Förderfähigkeit der Wärmepumpenanlage. Die JAZ kann selbst ermittelt werden. Mit Hilfe eines Wärmemengenzählers misst man die erzeugte Wärmeenergie über ein Jahr. Auf der anderen Seite wird der eingesetzte Antriebsstrom mit Hilfe eines Elektrozählers für den gleichen Zeitraum ermittelt. Das Verhältnis zwischen erzeugter Wärmeenergie und eingesetztem Antriebsstrom ist die JAZ.
Wasser-Wasser-Wärmepumpen
Die höchsten Jahresarbeitszahlen weisen bei richtiger Dimensionierung Wasser-Wasser Wärmepumpen auf. Diese fördern aus einem Brunnen Grundwasser und entziehen ihm Energie. Das Grundwasser wird anschließend über einen zweiten Brunnen wieder in das Erdreich geleitet. Das so geförderte Grundwasser darf nicht für die Hauswasserversorgung genutzt werden. Problematisch bei dieser Art der Energiegewinnung sind von Fall zu Fall auftretende aggressive oder schmirgelnde Begleitstoffe im Grundwasser. Sie können den Einsatz derartiger Wärmepumpen einschränken oder unmöglich machen. Eine Wasseruntersuchung und die Einholung einer behördlichen Genehmigung zur Grundwassernutzung sind unumgänglich.
Sole-Wasser-Wärmepumpen
Fast gleichwertige JAZ liefern Sole-Wasser-Wärmepumpen. Sie werden zum Entzug von Energie aus dem Erdreich eingesetzt. Eine Möglichkeit ist, durch oberflächennah eingebaute Kollektoren in verschiedenen Bauformen Erdwärme zu gewinnen. Der damit verbundene Flächenbedarf erfordert ein entsprechend großes Grundstück. Die Kollektoren nutzen im Wesentlichen die Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne. Alternativ ist es auch möglich, mit Erdwärmesonden geothermische Energie für sein eigenes Grundstück dem Erdreich zu entziehen. Das setzt bis zu 100 Meter tiefe Bohrungen voraus. Tiefer gehende Bohrungen unterliegen dem Bergrecht und sind durch das Bergamt zu genehmigen. Durch die oberflächennah eingebauten Kollektoren, wie auch durch die Erdwärmesonden wird ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel gepumpt. Die als „Sole“ bezeichnete Flüssigkeit transportiert die entzogene Energie zur Wärmepumpe.
Luft-Wasser Wärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpenanlagen benötigen den geringsten Platz. Sie entziehen der Außenluft die zur Gebäudebeheizung notwendige Energie. Die aufwändige Zuführung der Energie aus dem Erdreich entfällt. Nachteilig bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist, dass bei sinkender Lufttemperatur die Leistung der Wärmepumpe und damit auch der COP-Wert bzw. die JAZ sinkt. Ab einer Lufttemperatur von -5°C wird meist die Erwärmung des Heizwassers mit Elektroheizstab oder auch mit einem Heizkessel unterstützt. Der Antriebsaufwand ist gegenüber Grundwasser bzw. Erdwärme nutzenden Systemen größer. Der Investitionsaufwand eines solchen Systems ist gegenüber den vorher beschriebenen Anlagensystemen allerdings wesentlich geringer. Andererseits sind die Betriebskosten für die Antriebsenergie und die Zusatzheizung jedoch bei den mit Außenluft betriebenen Anlagen höher.
Korrekte Planung unerlässlich
Die Wärmepumpenanlage sollte durch einen Fachmann geplant und von einer Fachfirma installiert werden. Wichtig ist, dass immer das konkret geplante Objekt und die damit verbundene Grundstückssituation Ausgangspunkt der Entscheidungen ist. Es versteht sich von selbst, dass die Anforderungen der aktuellen Energieeinsparverordnung, insbesondere auch an Luftdichtheit und Gebäudedämmung, sichergestellt sein müssen. Um die Wärmepumpenanlage richtig dimensionieren zu können, ist die Heizlast des Gebäudes zu ermitteln – am besten nach dem in der DIN EN 12831 beschriebenen ausführlichen Verfahren. Auch der Warmwasserbedarf ist dabei zu berücksichtigen. Die Platz- und Schallschutzanforderungen der jeweiligen Wärmepumpenanlage müssen entsprechend der Herstelleranforderungen ermittelt und mit den realen Verhältnissen verglichen werden. Dabei sind Mindestabstände zu beachten, so zum Beispiel der Kollektoren oder eingebrachten Sonden zum eigenen Baukörper oder der im Freien befindlichen Bauteile zum Nachbargrundstück. Bei Wasser-Wasser- und Sole-Wasser Wärmepumpenanlagen ist das Vorhaben gegenüber den kommunal zuständigen Landesbehörden anzuzeigen. Die Behörde kann prüfen, ob zusätzlich zur Anzeige auch ein wasserrechtliches Erlaubnis- bzw. Bewilligungsverfahren eingeleitet werden muss. In die Planung einzubeziehen sind auch mögliche Sperrzeiten der Stromversorger für die Lieferung von Wärmepumpenstrom. Es ist empfehlenswert dazu mit dem gewünschten Stromversorger Rücksprache zu nehmen.
Dipl-Ing. Hartmunt Wisatzke Bauherren Schutzbund
Hinweis:
Weitere Informationen zum Thema finden Interessenten im BSB-Ratgeber „Wärmepumpensysteme im Überblick“ auf der Internetseite www.bsb-ev.de.
Meine Schwester installierte in ihrem Haus eine Wärmepumpenheizung. Ich denke auch darüber nach, eine zu Hause zu installieren. Vielen Dank für alle Tipps. Ich gehe zu einem Wärmepumpenprofi.