Im Wärmepumpenkreislauf verdampft ein Kältemittel und nimmt
dabei Wärme aus der Umgebung auf. Die Quelle kühlt ab. Anschließend
wird das Gas über einen Kompressor verdichtet und
erhitzt sich dabei so stark, dass es Wärme an die Umgebung
(Kühlschrankrückseite oder Heizungswasser) abgeben kann. Das
Gas geht in den flüssigen Zustand über. Nun wird es durch eine
Düse entspannt, sodass es wiederum verdampfen kann. Der Kompressor
braucht umso weniger Strom, je geringer die Temperaturdifferenz
im Kreislauf ist.
Durch folgende Faktoren kann die Temperaturdifferenz gering
gehalten werden:
●● Durch eine Wärmequelle mit gleichmäßig hoher
Temperatur
●● Durch einen geringen Energiebedarf des Gebäudes
●● Durch ein Niedertemperatur-Heizsystem (Fußboden- oder
Wandheizung)
Im Neubau sind effiziente Systeme planbarer Standard, bei Altbauten
müssen diese aber durch einen guten Wärmeschutz und
angemessene Heizflächen erst hergestellt werden. Für unsanierte
Altbauten sind Wärmepumpen in der Regel nicht das geeignete
System. Bei Wärmepumpen ist eine passende Dimensionierung
entscheidend, da mit der Anlagenleistung auch der Preis merklich
ansteigt.
Eine wichtige Größe zur Beschreibung der Effizienz einer Wärmepumpe
ist die Jahresarbeitszahl: Sie ist das Verhältnis aus jährlich
gewonnener Nutzwärme und elektrischem Stromeinsatz (inkl.
Pumpen und Ventilatoren). Gute Wärmepumpenanlagen schaffen
Arbeitszahlen von vier und mehr, das heißt: Unter Einsatz von
einer Kilowattstunde Strom werden etwa vier Kilowattstunden
Wärme bereitgestellt. Solche Arbeitszahlen werden aber meist
nur mit den Wärmequellen Grundwasser oder Erdreich in Verbindung
mit niedrigen Vorlauftemperaturen erreicht. Bei einer ungünstigen
Konstellation aus Wärmequelle Luft und hoher Vorlauftemperatur
kann die Jahresarbeitszahl aber auf ca. zwei fallen.
Stammt der eingesetzte Strom aus konventionellen Quellen, so
muss zu dessen Erzeugung fast das Dreifache an Primärenergie
eingesetzt werden, da durch die Umwandlung und den Transport
Energie verloren geht. Um insgesamt auf eine bessere Energieausnutzung
als bei der direkten Verbrennung von Öl oder Gas zu
kommen, sind deshalb Jahresarbeitszahlen größer drei zu empfehlen.
Welche Wärmequelle geeignet ist, hängt von den geologischen
Verhältnissen ab. Es empfiehlt sich eine Anfrage bei der Unteren
Wasserbehörde zur prinzipiellen Klärung der Eignung einer Erdwärmesonde.
(siehe auch Kapitel 7.4)
Erdkollektor: Zur Nutzung der Erdwärme werden Kunststoffrohre
in 120 – 150 cm Tiefe im frostfreien, möglichst feuchten Erdreich
verlegt. Benötigt wird etwa zwei- bis dreimal so viel unbebaute
Fläche im Garten wie an Wohnfläche beheizt werden soll. Der
Erdkollektor stellt in einigen Wasserschutzgebieten eine Alternative
zu den dort unzulässigen Erdwärmesonden dar. Die Einzelfallentscheidung
über die Erteilung einer Ausnahmegenehmigung
erfolgt durch die Untere Wasserbehörde.
Erdsonde: Bei kleinen Grundstücken oder tiefem Grundwasserstand
bieten sich senkrechte Erdsonden in Form von Doppel-URohren
mit einer Tiefe bis rund 100 m an. Erdsonden sind deutlich
teurer als Kollektoren, bringen aber oft höhere Erträge. Für die
Errichtung und den Betrieb ist im südniedersächsischen Festgestein
eine wasserrechtliche Erlaubnis erforderlich.
In Erdkollektoren und Erdsonden zirkuliert meist ein als Sole bezeichnetes
Wasser-Glycol-Gemisch. Die Wärme aus dem Erdreich
wird auf das Heizungswasser übertragen. Daher spricht man bei
solchen Systemen von Sole-Wasser-Wärmepumpen.
Grundwasser: Bei Eignung der Bodenverhältnisse und der Wasserqualität
ist dies eine ertragreiche Wärmequelle, da ab einer
Tiefe von 10 m ganzjährig eine Temperatur von etwa 10 °C
herrscht. Das Wasser wird aus dem Förderbrunnen gepumpt, in
der Wärmepumpe um etwa 3 – 4 °C abgekühlt und dem Schluckbrunnen
zugeführt.
In Südniedersachsen können Grundwasser-Wärmepumpen aber
nur bedingt genehmigt und realisiert werden. Im Festgestein ist
eine Errichtung von leistungsfähigen Brunnen deutlich aufwendiger
als eine Erdwärmesondenbohrung. Durch eine enge Bebauung
wird die Genehmigungsfähigkeit zusätzlich eingeschränkt.
Weitere Informationen zur Genehmigungspflicht und -fähigkeit
der „Erdwärmenutzung“ finden Sie im Kapitel 7.4
Luft: Luft kann überall als Wärmequelle genutzt werden. Der größte
Nachteil ist jedoch, dass im Winter die Lufttemperatur und
damit auch die Heizleistung der Wärmepumpe ausgerechnet dann
am niedrigsten ist, wenn viel Wärme im Haus gebraucht wird. In
der Regel wird ein zweites Heizsystem (z. B. Elektroheizstab oder
Holzofen) benötigt. Ein Heizstab treibt jedoch die Stromkosten in
die Höhe, wenn er häufig eingesetzt wird.
Zum bilanziellen Ausgleich des Strombedarfs bietet sich die Kombination
mit einer Photovoltaikanlage an. Bei Gebäuden mit niedrigem
Heizenergiebedarf können Luftwärmepumpen eine effektive
und kostengünstige Alternative sein.
Weitere Informationen finden Sie in der Broschüre
„Wärmepumpen – Umweltwärme richtig nutzen“
(Energieagentur Region Göttingen):
www.energieagentur-goettingen.de
Solarenergie
Die auf die Fläche Deutschlands eingestrahlte Sonnenenergie entspricht
etwa dem 80-fachen des Jahres-Primärenergiebedarfs des
Landes. Diese Energiemenge kann zwar nicht vollständig in Nutzenergie
umgewandelt werden, die Strahlungsintensität ist aber in
allen Regionen Deutschlands so groß, dass Solaranlagen zur Erzeugung
von Wärme oder Strom sinnvoll betrieben werden können.
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/www.energieagentur-goettingen.de
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