News vom 07.06.2013

Wachstum garantiert: Luft-Wärmepumpen – Planung und Auslegung – Teil 2

Standen im Teil 1 unserer Serie zu Luft-Wärmepumpen insbesondere die unter-schiedlichen Technologien am Markt mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen im Mittelpunkt dreht sich in diesem Beitrag alles über die grundlegenden Aspekte zur Planung und Auslegung von Luft-Wärmepumpen auf der Basis der Split-Technologie.

Auch die Planung und Auslegung einer Wärmepumpe beginnt mit der Ermittlung der Gebäudeheizlast und der benötigten maximalen Vorlauftemperatur.
Auch die Planung und Auslegung einer Wärmepumpe beginnt mit der Ermittlung der Gebäudeheizlast und der benötigten maximalen Vorlauftemperatur.
Bei der Aufstellung des Außengerätes sollte in erster Linie auf eine größtmögliche Minderung der Schallausbreitung geachtet werden.
Bei der Aufstellung des Außengerätes sollte in erster Linie auf eine größtmögliche Minderung der Schallausbreitung geachtet werden.
Damit das Wasser beim Abtauen immer störungsfrei abfließen kann, ist bei der Sockelhöhe als Richtwert die doppelte Schneehöhe der Region anzusetzen.
Damit das Wasser beim Abtauen immer störungsfrei abfließen kann, ist bei der Sockelhöhe als Richtwert die doppelte Schneehöhe der Region anzusetzen.
Luft-Wärmepumpen werden genauso wie konventionelle Wärmeerzeuger hydraulisch in die Heizungsanlage eingebunden.
Luft-Wärmepumpen werden genauso wie konventionelle Wärmeerzeuger hydraulisch in die Heizungsanlage eingebunden.
Der Einsatz eines Pufferspeichers ist grundsätzlich zu empfehlen, um die Volumenströme im Wärmepumpen- und Heizkreis hydraulisch zu entkoppeln.
Der Einsatz eines Pufferspeichers ist grundsätzlich zu empfehlen, um die Volumenströme im Wärmepumpen- und Heizkreis hydraulisch zu entkoppeln.
Das Nutzerverhalten beim Einsatz einer Wärmepumpe kann die Jahresarbeitszahl deutlich verändern. Deswegen ist in der Planung eine genaue Analyse der Gewohnheiten der Eigentümer gefragt. Bilder: Mitsubishi
Das Nutzerverhalten beim Einsatz einer Wärmepumpe kann die Jahresarbeitszahl deutlich verändern. Deswegen ist in der Planung eine genaue Analyse der Gewohnheiten der Eigentümer gefragt. Bilder: Mitsubishi
Nicht berücksichtigt werden in diesem Beitrag Wärmepumpen für die reine Innen- oder Au-ßenaufstellung, weil ihr Marktanteil nicht nur verschwindend gering ist, sondern ihre Bedeutung auch weiter sinkt.

Benötigte Heizleistung

Auch die Planung und Auslegung einer Luft-Wärmepumpe beginnt mit den, für das Fachhandwerk bekannten Standards – der Berechnung der Gebäudeheizlast und der benötigten maximalen Vorlauftemperatur. Bei der Ermittlung der Gebäudeheizlast kann überschlägig von den bekannten Größen der beheizten Wohnfläche mit den entsprechenden Rahmenbedingungen bzw. dem bisherigen Gas- oder Ölverbrauch und den bekannten Formeln ausgegangen werden. Wird in der energetischen Sanierung von einem Fossilbrennstoffkessel auf eine Wärmepumpe umgestellt muss zwingend die tatsächlich benötigte Vorlauftemperatur ermittelt werden, um die richtigen Sanierungsmaßnahmen treffen zu können.

In der eigentlichen Auslegung der Wärmepumpe lässt sich trotz der fraglosen hohen Effizienz und Überlegenheit die aktuelle Diskussion um die teils drastischen Erhöhungen der Stromtarife für Wärmepumpen der Versorger nicht von der Hand weisen. Das ausführende Fachhandwerk sollte deswegen hier entsprechende Argumentationen bereithalten, die verdeutlichen, dass die Gesamtbilanz des Systems Wärmepumpe nach wie vor im Vergleich zu konventionellen Wärmeerzeugern positiv ist.

Im Rahmen dieser Entwicklung muss aber die Frage gestellt werden, ob die Sperrzeiten, die bei den bislang günstigeren Stromtarifen für Wärmepumpen in die Auslegung einfließen, künftig noch in die Berechnungen integriert werden müssen. Gerade bei der Kombination von Wärmepumpen plus Photovoltaikmodulen, die immer beliebter wird, können Modelle zur Erhöhung des Eigenstromverbrauchs mit der Wärmepumpe insgesamt eine attraktive Lösung bieten.

Werden die Sperrzeiten jedoch wie bisher in die Berechnungen der benötigten Heizleistung einbezogen, erhöht sich der Dimensionierungsfaktor je zwei Stunden um den Faktor 0,1. Bei einer Sperrzeit von sechs Stunden muss die berechnete Heizlast des Gebäudes z. B. um den Faktor 0,3 erhöht werden.

Bei konventioneller Verdichtertechnik ist die Heizleistung einer Luft-Wärmepumpe darüber hinaus abhängig von der Außentemperatur. Um den Wärmebedarf des Gebäudes auch bei tiefen Außentemperaturen abdecken zu können, muss deswegen ein Bivalenzpunkt gesetzt werden, an dem eine Zusatzheizung – oft ein elektrischer Heizstab – weitere Wärme bereitstellt. Bei Invertern mit der Zubadan-Technologie wird durch ein patentiertes Verfahren auch bei Temperaturen von bis zu -15°C die 100%ige Heizleistung erreicht. Diese Konstanz der Leistungsabgabe fließt positiv in die Berechnung ein.

Aufstellung des Außengerätes

Bei der Aufstellung des Außengerätes einer Wärmepumpe sollte in erster Linie auf eine größtmögliche Minderung der Schallausbreitung geachtet werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Außeneinheit in der Nähe von schallabsorbierenden Flächen aufgestellt wird – wie beispielsweise einer entsprechend hohen Bepflanzung. Auf Garagen- bzw. Flachdächern hingegen kann sich der Schall in der Regel ungehindert ausbreiten und unter Umständen sogar von den umliegenden Wänden reflektiert werden. Diese Variante sollte daher nur gewählt werden, wenn die Schallausbreitung nicht zur Belästigung in der Umgebung führen kann.

Für das Außengerät einer Luft-Wärmepumpe sind drei Aufstellvarianten möglich: Die Freiaufstellung, die Eckaufstellung und die Aufstellung an einer Wand. Dabei gilt es immer, die Schallausbreitung auf ein Minimum zu reduzieren. Die Schallleistung beschreibt die gesamte wirkliche Schallenergie, die von einer Schallquelle abgegeben wird. Mit zunehmendem Abstand von der Schallquelle verteilt sich diese Schallleistung auf eine immer größer werdende Fläche.

Besonders sorgfältig sollte bei der Eckaufstellung vorgegangen werden, da sich der Schall durch Reflexion und / oder Trichterbildung um circa 8 dB(A) erhöhen kann, wenn nicht mit geeigneten Maßnahmen gegengesteuert wird. Bei der Wandaufstellung muss ausreichend Distanz zum nächsten Gebäude gewahrt bleiben. Grundsätzlich maßgeblich sind die Vorgaben der TA Lärm. Beachtet werden sollten in den Unterlagen der Hersteller die Angaben zur jeweiligen Schallemission und die rechnerische Basis, auf die sie sich bezieht, um die Werte zum Schalldruck- und zum Schallleistungspegel transparent und vergleichbar zu machen.

Darüber hinaus ist bei der Außenaufstellung der Wärmepumpe darauf zu achten, dass das Wasser beim Abtauen störungsfrei abfließen kann. Ermöglicht wird dies beispielsweise durch eine Auskofferung des Untergrundes oder einen Sockel. Für die Sockelhöhe wird oftmals die je nach Region übliche doppelte Schneehöhe empfohlen.

Hydraulische Anbindung

Luft-Wärmepumpen werden ähnlich wie konventionelle Wärmeerzeuger hydraulisch in die Heizungsanlage eingebunden. Dazu sind eine Sicherheitsgruppe mit z. B. Sicherheitsventil, Schnellentlüfter, Manometer und Strömungswächter erforderlich, die in der Regel in den Wärmepumpen bereits enthalten ist. Das Membranausdehnungsgefäß ist nach den individuellen Ansprüchen des Heizsystems zu berechnen und auszuwählen.

Pufferspeicher und hydraulische Weiche

Um einen störungsfreien Betrieb der Luft-Wärmepumpe zu gewährleisten, ist der Einsatz eines Heizwasser-Pufferspeichers grundsätzlich zu empfehlen. Hiermit werden die Volumenströme im Wärmepumpen- und Heizkreis hydraulisch entkoppelt. Wird z. B. der Volumenstrom im Heizkreis über die Thermostatventile reduziert, so bleibt der Volumenstrom im Wärmepumpenkreis weiter konstant. Darüber hinaus lassen sich eventuelle EVU-Sperrzeiten überbrücken. Wegen des größeren Wasservolumens und einer möglichen separaten Absperrung des Wärmeerzeugers ist jedoch ein weiteres bzw. größeres Ausdehnungsgefäß vorzusehen. Um auch während der Abtauphase einer Luft-Wärmepumpe die angeforderte Wärmeenergie zur Verfügung stellen zu können, ist eine hydraulische Weiche oder ein Pufferspeicher zwingend erforderlich.

COP / Jahresarbeitszahl

Bei der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe führen unterschiedliche Auslegungen, differierende Berechnungsarten und Nutzerverhalten oft zwangsläufig zu anderen Ergebnissen. Die Jahresarbeitszahl wurde festgelegt, um die Effizienz einer Wärmepumpe bezogen auf ein Jahr mit seinen völlig unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und Temperaturschwankungen erfassen zu können. Sie bildet das Verhältnis der über das gesamte Jahr abgegebenen Heizenergie im Verhältnis zur aufgenommenen elektrischen Leistung. Die Größenordnung der Jahresarbeitszahl sollte überschlagsweise zwischen 3,0 und 4,7 liegen.

Nur selten sind in der Praxis jedoch diese Normbedingungen anzutreffen, auf deren Berechnung die Jahresarbeitszahl fußt. Daher wird die Jahresarbeitszahl von der, unter Normbedingungen ermittelten Jahresarbeitszahl zwangsläufig abweichen. Weitere Gründe für unterschiedliche Jahresarbeitszahlen sind auch in der gesamten Auslegung des Wärmepumpensystems zu finden - z. B. in der Vorlauftemperatur des Heizkreises und der Größe der wärmeabgebenden Heizflächen.

Aber auch das Nutzerverhalten des Betreibers mit seinen Lüftungsgewohnheiten, gewünschten Raumtemperaturen und dem Warmwasserverbrauch kann die Jahresarbeitszahl entscheidend verändern. Diese Bedingungen kann der ausführende Fachhandwerker nicht beeinflussen, wohl aber im Vorfeld durch ein ausführliches Informations- und Beratungsgespräch mit seinem Kunden versuchen zu berücksichtigen. Dieses Vorabgespräch mit einem entsprechenden Fragebogen muss in jedem Fall in der Planung und Auslegung durchgeführt werden, damit nicht nur der gewünschte Wärmekomfort, sondern auch die entsprechende Effizienz der Wärmepumpe erreicht werden kann.

Um die Qualität einer Wärmepumpe zu beurteilen, sollte neben der Jahresarbeitszahl auch der Coeffizient of Performance (COP) berücksichtigt werden. Der COP beschreibt die abgegebene Heizleistung einer Wärmepumpe unter bestimmten Betriebsbedingungen im Vergleich zur aufgewendeten elektrischen Energie für den Verdichter. Die Leistungszahl 4,0 bedeutet beispielsweise, dass die vierfache Wärmemenge aus der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie erbracht werden konnte. Da der COP ausschließlich auf der Leistung der Wärmepumpen selber und nicht des gesamten Heizsystems - wie bei der Jahresarbeitszahl - basiert, können hiermit die Daten der Hersteller untermauert oder aber kritisch hinterfragt werden. Die namhaften Hersteller von Wärmepumpen geben für ihre Produkte COP-Werte an, welche nach DIN EN14511 gemessen wurden. Mit diesen COP Werten wird dann eine Jahresarbeitszahl unter Normbedingungen nach VDI4650 vom Fachhandwerker berechnet.

Hier geht es zu Teil 1.
Im dritten Teil unserer Serie zu Luft-Wärmepumpen dreht sich alles um die Installation und Wartung einer Wärmepumpenanlage. 



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