Heizen mit Wärmepumpensystemen

„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Herzlich Willkommen zum STIEBEL ELTRON -Vortrag
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Elektro-Gemeinschaft Halle
25.02.2002
Dipl.-Ing. (FH) Ingo Rausch
Verkaufsförderer der
STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Themen (1)
1.
Wärmepumpenmarkt
2.
Arten von Wärmepumpen
1.1 Luft/Wasser Wärmepumpen
1.2 Erdreich/Wasser Wärmepumpen
1.3 Wasser/Wasser Wärmepumpen
1.4 Sonderformen (Luft/Luft WP)
3.
Betriebsweisen von Wärmepumpen
3.1 Monovalent
3.2 Bivalent-Parallel
3.3 Bivalent-Alternativ
3.4 Bivalent-Teilparallel
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
4.
Wärmequellen
4.1 Luft, Wasser, Erdreich
4.2 Rechtsvorschriften bei Erschließung der Wärmequellen
5.
Erschließung von Wärmequellen
5.1 Wärmequelle Luft
5.2 Wärmequelle Erdreich
5.3 Wärmequelle Wasser
5.4 Sonderformen
6.
Möglichkeiten der Umrüstung von Öl/Gas-Heizungen
7.
Fazit
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
1. Wärmepumpenmarkt
Ingo
Rausch
25.02.2002
Welterdölproduktion
Ingo
Rausch
25.02.2002
Entwicklung der Rohölpreise
1960 - 2001
Ingo
Rausch
Quelle: WWW.TECSON.DE
25.02.2002
Entwicklung Rohölpreis
Stand 19.02.2002
Ingo
Rausch
25.02.2002
Quelle: WWW.TECSON.DE
Entwicklung Heizölpreis (Deutschland)
Stand 19./20.02.2002
Ingo
Rausch
25.02.2002
Quelle: WWW.TECSON.DE
Wärmequellenaufteilung für
Wärmepumpen 2000 in Deutschland
Wärmequellenaufteilung für 2000
80
72,2
Angaben in Prozent
70
60
50
40
30
16,5
20
11,3
10
0
Sole/Wasser
Luft/Wasser
Wasser/Wasser
Quelle: IWP-Daten
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Arten von Wärmepumpen
2. Arten von Wärmepumpen
1.1 Luft/Wasser Wärmepumpen
1.2 Erdreich/Wasser Wärmepumpen
1.3 Wasser/Wasser Wärmepumpen
1.4 Sonderformen (Luft/Luft WP)
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Arten von Wärmepumpen (1)
Luft/Wasser Wärmepumpen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Arten von Wärmepumpen (2)
Erdreich/Wasser Wärmepumpen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Sole/Wasser-Wärmepumpe
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Arten von Wärmepumpen (3)
Wasser/Wasser Wärmepumpen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wasser/Wasser-Wärmepumpe
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Arten von Wärmepumpen (4)
Luft/Luft-Wärmepumpen
Ingo
Rausch
Quelle: WP Marktplatz NRW
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Betriebsweisen von Wärmepumpen
2. Betriebsweisen von Wärmepumpen
2.1 Monovalent
2.2 Bivalent-Parallel
2.3 Bivalent-Alternativ
2.4 Bivalent-Teilparallel
2.5 Auslegung der Wärmepumpe
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Betriebsweise einer Wärmepumpe
Geb.
100%
monovalent
QN
bivalent-alternativ
Geb.
100%
G
WP
ZH
WP
QN
-15
Geb.
100%
ZH
QN
TA
+20
-15
QN
bivalent-parallel
monoenergetisch
Geb.
100%
TA
TU
bivalent-teilparallel
WP
- Wärmepumpe
ZH
- Zusatzheizung
G
- Gleichgewichtspunkt
- Umschaltpunkt
TU
QN Geb. - Wärmebedarf
TA
- Außentemperatur
- Einschalttemperatur
TE
Zusatzheizung
G
WP
WP
ZH
G
-15
TE
TA
+20
Wärmeverteilungssystem tv <
= 55 °C
-15 T
U
TE
+20
TA
+20
Wärmeverteilungssystem tv > 55 °C
Ingo
Rausch
25.02.2002
Heizungs-Wärmepumpen
WP-Auslegung lt. BTO
Ermittlung der WP-Größe
Auslegung auf der Grundlage von Sperrzeiten
durch die EVU lt. Bundestarifordnung (3 * 2 Std.)
QWP
=
QN * f
f TV=35°C
=
1,1
f TV=50°C
=
1,2
f TV=65°C
=
1,3
QWP
Wärmepumpengröße
QN
Gebäude-Normwärmebedarf
f TV = 35°C
Vorlauftemperatur Heizsystem
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wärmequellen
4. Wärmequellen
4.1 Luft, Wasser, Erdreich
4.2 Rechtsvorschriften bei der
Erschließung von Wärmequellen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Energiequellen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Energiequellen + Rechtsvorschriften
Wärmequelle: Luft
TA-Lärm (<= 35 dB (A)
Wärmequelle: Wasser
Zustimmung der „Unteren
Wasserbehörde“
Wärmequelle: Erdreichkollektor
Zustimmung der „Unteren Wasserbehörde“
Wärmequelle: Erdwärmesonden
Zustimmung der „Unteren Wasserbehörde“
+ der „Oberbergbaubehörde“
Ingo
Rausch
25.02.2002
Bei allen WP-Vorhaben ist die Zustimmung des jeweiligen EVU einzuholen.
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Erschließung von Wärmequellen
5. Erschließung von Wärmequellen
5.1
Wärmequelle Luft
5.2
Wärmequelle Erdreich
5.3
Wärmequelle Wasser
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Funktionsschema
¾ Umwelt-
4/4 Nutzenergie
energie
¼ Hilfsenergie
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wärmequelle - Luft
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Luft/Wasser-WP in AUßenaufstellung
Ingo
Rausch
25.02.2002
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Innenaufstellung - Schallausbreitung
Ingo
Rausch
25.02.2002
Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL … KW
Außenaufstellung hinter Sichtschutz
Ingo
Rausch
25.02.2002
Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL … KW
Außenaufstellung …
Anfahrschutz
Ingo
Rausch
25.02.2002
… in Carport oder Garage
Hauptwindrichtung
Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL … KW
Innenaufstellung
Ingo
Rausch
25.02.2002
Keller - getrennte Schächte
Hauptwindrichtung
Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL … KW
Innenaufstellung
Ingo
Rausch
25.02.2002
Keller - gemeinsamer Schacht
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Leistungskurve Luft/Wasser-Wärmepumpe
Heizkurve
Ingo
Rausch
Bivalenzpunkt
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wärmequelle - Erdreichkollektor
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wärmequelle - Erdwärmesonde
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Jahrestemperaturverlauf im Erdreich
0
0
5
1. Febr.
Erdoberfläche
10
1. Mai
1. Nov.
15
20° C
1. Aug.
Tiefe (m)
5
10
15
10° C
18
*
*alle 33 m +1° C Temperaturanstieg
Ingo
Rausch
25.02.2002
Wärmequelle
Erdreichkollektor aus PE-Rohren
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Erdreichentzugsleistungen
Bei trockenem, nicht bindigem Boden:
qE = 10 – 15 W/m2
Bei feuchtem, bindigem Boden:
qE = 15 – 20 W/m2
Bei sehr feuchtem, bindigen Boden:
qE = 20 – 25 W/m2
Bei wassergesättigten Boden:
qE = 25 – 30 W/m2
Bei Grundwasserführenden Erdreich:
qE = 30 – 40 W/m2
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Erdkollektor - Flächenbedarf
QKälte = QWP - PWP
Rechenbeispiel:
WPWE 11 KW
0°C Quellentemperatur
50°C Vorlauftemperatur
3 KW elektrische Leistungsaufnahme
QKälte = 10 KW – 3 KW = 7 KW
Fläche = QKälte / qErdreich
Fläche = 7000 W / 25 W/m2 = 280 m2
Ingo
Rausch
25.02.2002
Wärmequelle
Erdwärmesonden
Ingo
Rausch
25.02.2002
Wärmequelle - Erdwärmesonde
U-Rohr-Sonde
4 Rohre
Injektionsrohr
Biegeradius 400 mm
Sandbett 200 mm
Zement-Opalitsuspension
Bohrdurchmesser 110 - 133 mm
Ingo
Rausch
25.02.2002
Sole / Wasser-Wärmepumpen
Bohrung für die Erdwärmesonde
Verschlämmen der Grube
für das Bohrloch
Ingo
Rausch
Bohrung für das Einbringen der
Doppel-U-Rohr-Sonde (Ø 110-133 mm)
25.02.2002
Sole / Wasser-Wärmepumpen
Bohrung für die Erdwärmesonde
Vorbereitung der HDPE-Rohre
(zwei Vor- und Rücklaufleitungen)
Ingo
Rausch
Fixierung der Doppel-U-Rohr-Sonde
vor dem Einführen in die Bohrung
25.02.2002
Sole / Wasser-Wärmepumpen
Bohrung für die Erdwärmesonde
Einführen der Doppel-U-Rohr-Sonde
in das vorbereitete Bohrloch
Die Vor- und Rücklaufleitungen
nach dem Verfüllen der Bohrung
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wärmequelle Wasser
Ingo
Rausch
25.02.2002
Wasser / Wasser-Wärmepumpen
Beispiel eines Saug- und Schluckbrunnens
Förderbrunnen
Heizungskeller
Sickerbrunnen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Wasser/Wasser-WP Anforderungen
1. Wassertemperatur
Untergrenze + 7°C
2. Wasservolumen
Beispiel: WPWE-14 3 m3/h
3. Wassereigenschaften
- hohe Eisen- und Manganwerte
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
6. Möglichkeiten der Umrüstung von
Öl/Gas-Heizungen
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Ersatz Kessel durch Sole/Wasser-WP
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Beispielrechnung (1)
Haus ca. 120 m2 zu beheizende Fläche
QH = 30.000 KWh/Jahr
Konventionelle Heizung mit Öl
Wärmepumpe Sole/Wasser
Energiepreise:
1 KWh = 0,093 € (SW Halle- Mischkalkulation)
NT = 8,48 Ct/KWh
HT = 10,08 Ct/KWh
1 l Heizöl ca. 0,38 €
1 l Heizöl ~ 10 KWh
Wirkungsgrad Heizsystem: Durchschnitt 0,8
Wirkungsgrad Wärmepumpe: 4,1
Beispielrechnung:
QH x €/KWh
Kosten = ----------------η
30.000 KWh x 0,038 €
Kosten = ---------------------------------0,8
KWh
30.000 KWh x 0,093 €
Kosten = --------------------------------4,1
KWh
Kosten = 1425,00 €/Jahr
Kosten = 680,00 €/Jahr
Einsparung: 745,00 €/Jahr
•
Ingo
Rausch
Es wurden nur Energiekosten verglichen; Kosten für Wartung, Pumpen, Schornstein etc wurden nicht berücksichtigt!
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Bivalenter Betrieb Kessel – Luft-WP
Ingo
Rausch
25.02.2002
„Heizen mit Wärmepumpensystemen“
Beispielrechnung (2)
ALTBAU
Haus ca. 120 m2 zu beheizende Fläche
QH = 30.000 KWh/Jahr
Konventionelle Heizung mit Öl
Energiepreise:
(15% Nutzung)
1 l Heizöl ca. 0,38 €
Wärmepumpe Luft/Wasser (85% Nutzung)
1 KWh = 0,093 € (SW-Halle Mischkalkulation)
NT = 8,48 Ct/KWh
HT = 10,08 Ct/KWh
1 l Heizöl ~ 10 KWh
Wirkungsgrad Heizsystem: Durchschnitt 0,8
Wirkungsgrad Wärmepumpe: 3,2
Beispielrechnung:
QH x €/KWh
Kosten = ----------------η
4.500 KWh x 0,038 €
25.500 KWh x 0,093 €
Kosten = ---------------------------------Kosten = --------------------------------0,8
KWh
3,2
KWh
Kosten = 214,00 €/Jahr
Kosten = 741,00 €/Jahr
Summe: 955,00 €/Jahr
•
Es wurden nur Energiekosten verglichen; Kosten für Wartung, Pumpen, Schornstein etc wurden nicht berücksichtigt!
Ingo
Rausch
25.02.2002
Heizen mit Wärmepumpensystemen
++++ Fazit ++++
Entscheidend für den Einsatz von WP ist die
Beantwortung folgender Fragen:
1. Wie hoch soll die Energieproduktion der WP sein?
2. Wie groß ist der Gebäudewärmebedarf?
3. Wie groß ist die nutzbare Bodenfläche?
4. Welcher Bodentyp liegt vor?
5. Sind Eigenleistungen möglich/erwünscht?
6. Gibt es zu beachtende kommunale Vorgaben?
Ingo
Rausch
25.02.2002