3. Möglichkeiten und Ansatzpunkte zur Energie und CO2-Emissionsreduktion be

3.4. Einsatz CO 2 armer bzw neutraler Energien

3.4.3. Wärmepumpe

Wärmepumpen entnehmen die in der Umgebung des Gebäudes durch die Sonne gespeicherte Wärme, die meist niedrige Temperaturen aufweist, und bringen diese durch Arbeitszufuhr auf ein für Heizzwecke nutzbares und somit höheres Wärmeniveau.229 Dies funktioniert durch ein

zirkulierendes und FCKW-freies Kältemittel, das aufgrund seines ausgesprochen niedrigen Siedepunktes und durch die Zufuhr von Wärme aus der Umwelt zur Verdampfung gebracht, gasförmig und dank eines mit elektrischer Energie angetriebenem Kompressors extrem verdichtet wird und so höhere Temperaturen erreicht. Im anschließenden Verflüssigungsprozess wird die nun auf hohem Niveau vorhandene Wärme an das Heizsystem abgegeben und gleichermaßen das Kältemittel wieder verflüssigt. Das Expansionsventil sorgt für den weiteren Druckabbau und

225 Vgl. Energie Agentur Steiermark GmbH 2014, S. 12 226 Vgl. Königstein 2020, S. 186f

227 Vgl. Metschina et al. 2019, S. 10

228 Vgl. Österreichischer BiomasseVerband 2011, o.S. 229 Vgl. Bohne 2019, S. 247

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Abkühlung des Kältemittels, wodurch dieses seinen ursprünglichen Zustand annimmt und bereit für die erneute Wärmeaufnahme ist.230

Abbildung 9: Übersicht Wärmepumpe

Quelle: EnergieAgentur.NRW o.J., o.S.

Wärmepumpen können hinsichtlich ihrer Wärmequelle in (Grund-)Wasser-, Erdreich- oder Luftwärmepumpen unterschieden werden:

Wärmequelle (Grund-)Wasser

Das Grundwasser weist je nach Jahreszeit ein permanentes Temperaturniveau von etwa +9 °C bis +14 °C auf und bietet sich, sofern dieses sich nahe der Erdoberfläche befindet, somit als ganzjährige Wärmequelle an. Dazu sind ein Entnahmebrunnen, der mittels Förderpumpen das Wasser zur Wärmepumpe heranholt, und ein Schluckbrunnen erforderlich, in dem das um etwa 4 °C abgekühlte Wasser wieder dem Grundwasser rückgeführt wird. Dazwischen sollte unter Berücksichtigung der Grundwasserfließrichtung ein Mindestabstand von zirka 15 m sein. Weiters ist vor der Nutzung und Installation einer Grundwasser-Wärmepumpe eine amtliche Genehmigung einzuholen und es sollte die Ergiebigkeit beziehungsweise Beschaffenheit des Wassers mittels Probebohrung und Wasseranalyse geprüft werden.231

Wärmequelle Erdreich

Die Wärmeentnahme kann bei Erdwärmepumpen entweder nach dem Prinzip der „Direktverdampfung“ erfolgen, bei der bereits das eingesetzte Kältemittel in den im Erdreich befindlichen Rohrleitungen zirkuliert beziehungsweise verdampft, oder üblicherweise über das Wärmeträgermedium „Sole“. Letzteres ist eine bis zirka -20 °C frostsichere Glykol-Wasser- Mischung, die statt des Kältemittels durch den Rohrkreislauf gepumpt wird, die Wärme aus der

230 Vgl. Sobotta 2018, S. 28ff 231 Vgl. Bohne 2019, S. 257f

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Erde aufnimmt und an den Wärmepumpenverdampfer gemäß dem oben angeführten Funktionsprinzip überträgt.232

Es gibt mehrere Möglichkeiten die für die Wärmeentnahme notwendigen Rohrleitungen im Erdreich zu positionieren. Bei Flächenkollektoren erfolgt dies horizontal in etwa 1,5 m unter der Erdoberfläche mit einem Abstand zwischen 50-100 cm. Die erforderliche Erdreichfläche beträgt, abhängig von der Beschaffenheit des Bodens und Heizlast des Gebäudes, annährend das 1,5 bis 2,5 fache der beheizten Wohnfläche und darf nicht überbaut beziehungsweise verschattet werden. Der Einsatz von Flächenkollektoren setzt entsprechende Erdbewegungen mit nicht unerheblichen Kosten voraus, die bei einem Neubau ohnedies anfallen233 und bei einem Bestandsgebäude mit

bestehendem Garten eventuell nicht in Betracht kommen. Alternativ stehen vertikale Erdsonden zur Wärmeentnahme zur Verfügung, die platzsparend und mit minimalen Erdbewegungen in Bohrlöcher eingebracht werden. Die Tiefe der Bohrung sollte fachkundig berechnet werden und ist ebenso abhängig von der Bodenbeschaffenheit und Gebäudeheizlast.234 Mit einer Bohrung von

etwa 25 m je benötigter kW-Heizlast ist zu rechnen.235

Wärmequelle Luft

Die Wärmequelle Luft steht ganzjährig in unterschiedlichen Temperaturen überall zur Verfügung. Aufgrund der niedrigen Wärmekapazität der Luft müssen große Luftmassen mit hoher Geschwindigkeit dem Verdampfer zugeführt werden, was sich in störenden Geräuschemissionen auswirken kann. Problematisch kann sich auch der Wärmetauschprozess im Winter darstellen, wenn der erforderliche Wärmebedarf am höchsten ist und die kalte Umgebungsluft nur geringe Wärmegewinne zulässt. Zusätzlich besteht bei einer Aufstellung der Wärmepumpe im Außenbereich die Gefahr des Vereisens des Verdampfers, wodurch regelmäßig durch den Einsatz von Energie abgetaut werden muss und sich die Leistung der Wärmepumpe verschlechtert.236

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von Wärmepumpen ist die nach ihrer Betriebsweise. Bei alleiniger Wärmeerzeugung durch die Wärmepumpe spricht man von monovalenter, in Kombination mit einer Elektro-Zusatzheizung, die im Bedarfsfall hinzugeschaltet wird, von monoenergetischer Betriebsweise. Kommt ein weiteres Heizsystem zur Anwendung, handelt es sich um die bivalente Betriebsweise, die wiederum unterschieden wird, ob der zweite Wärmeerzeuger, wie zum Beispiel ab einer bestimmten Außentemperatur, die

232 Vgl. Streicher et.al 2014, S. 643f 233 Vgl. Bohne 2019, S. 258f

234 Vgl. OÖ Energiesparverband o.J.c, S. 7

235 Vgl. Energie- und Umweltagentur Niederösterreich GmbH (eNu) 2019a, S. 21 236 Vgl. Streicher et.al 2014, S. 636f

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Wärmebereitstellung zur Gänze übernimmt oder im Parallelbetrieb mit der Wärmepumpe den Wärmebedarf deckt.237 Bivalente Systeme kommen häufig bei Luftwärmepumpen vor.238

Die Effizienz der Wärmepumpe spiegelt sich in der Leistungszahl (COP = „coefficient of performance“) wider, die Effizienz der gesamten Wärmepumpen-Heizungsanlage ist durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) erkennbar. Erstere stellt nur eine Momentaufnahme unter optimalen Prüfstandbedingungen dar und vergleicht die von der Wärmepumpe abgegebene Wärmeenergie (in kW) mit der für den Antrieb des Kompressors und Hilfsaggregaten aufgewendeten Antriebsleistung (in kW). Die Jahresarbeitszahl gibt Auskunft über das Verhältnis der in einem Jahr tatsächlich erzeugten Wärmemenge (kWh) zu dem zu bezahlenden, elektrischen Energieeinsatzes (in kWh). Daraus ergibt sich, dass sich die Jahresarbeitszahlen erhöhen und somit verbessern, wenn weniger elektrische Energie zugeführt beziehungsweise mehr Umweltwärme, vor allem mit durchgehend hohen Temperaturen, genutzt werden kann. 239 Gut

gedämmte Gebäude mit Niedertemperaturheiz- und –abgabesystemen mit Vorlauftemperaturen von maximal 35 °C und einer alternativen Warmwasserbereitung begünstigen die Effizienz weiters. 240 Erdwärme- und Grundwasser-Wärmepumpen sollten eine Jahreszahl von mindestens

4, Luftwärmepumpen mindestens 3,5 aufweisen.241

Im Dokument Kostenoptimale Energie- und CO-Minderung durch Sanierungsmaßnahmen im Einfamilienhausbereich: eine ökologische und ökonomische Bewertung / eingereicht von Andreas Dreiling (Seite 57-60)