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11.09.2018 | Geothermie | Im Fokus | Onlineartikel

Betrieb von Wärmepumpen monovalent möglich und effizient

Autor:
Frank Urbansky

Wärmepumpen werden häufig zur Abdeckung von Spitzenlasten mit einer zusätzlichen Heizquelle wie Solarthermie, Kaminöfen der Brennwerttechnik kombiniert. Doch das ist mitunter gar nicht nötig.

Monovalenter Betrieb meint immer die Versorgung eines Gebäudes mit nur einer Heizquelle und der entsprechenden Technologie. Wärmepumpen in kleineren Gebäuden, etwa in Einfamilienhäusern, schaffen das bei den geforderten energetischen Standards sehr gut. Doch selbst größere Gebäude können mit monovalenten Wärmepumpen betrieben werden. Denn "…monovalent betriebene Anlagen (sind) immer wirtschaftlicher … als solche mit einer konventionellen Zusatzheizung. Dies liegt daran, dass bei monovalentem Betrieb die Investitionen für die Anschaffung eines Kessels entfallen …", beschreibt den größten Vorteil auf Seite 145 des Buchkapitels Gesetzliche Rahmenbedingungen und Rentabilität der Vorhaben Springer Gabler-Autor Jürgen Staab.

Empfehlung der Redaktion

2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Gesetzliche Rahmenbedingungen und Rentabilität der Vorhaben

Alle Erneuerbaren Energien werden in spätestens einigen Jahren voll wettbewerbsfähig sein. Bis es so weit ist, werden noch Milliarden an Subventionen fließen, um auch die neuen Technologien unter Renditegesichtspunkten interessant zu machen.


Doch für einen monovalenten Betrieb gelten mehrere Voraussetzungen. Das Gebäude muss einen geringen Wärmeenergiebedarf haben, also mindesten nach dem Standard KfW 55 oder niedriger, sowie über Flächenheizsysteme verfügen. Bei der Planung ist zu beachten, dass die Wärmepumpe entlang der Jahresdauerlinie (zeigt, wie viele Stunden im Jahr eine bestimmte Wärmeleistung nachgefragt wird – Anm. d. Red.) so groß ausgelegt ist, dass sie selbst bei tiefstmöglichen Temperaturen allein die Heizlast abdecken kann.

Größere Auslegung nötig

Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen geschieht dies meist mittels integriertem Heizstab. Diese Lösung ist jedoch sehr ineffizient, da sie einer Strom-Direktheizung entspricht und allein aufgrund der Stromverbräuche recht teuer ist.

Die größere Auslegung ist auch aus einem andere Grund nötig: Bei hohem Wärmebedarf, was den Dauerbetrieb einer zu klein ausgelegten Wärmepumpe zur Folge hat, kann der Stromversorger eine Sperrzeit für den Strombezug verhängen. Ausgeglichen werden kann diese nur mittels Pufferspeicher, aber nur bei sehr großer Auslegung. Das ist jedoch nicht üblich.

Nachteile dieser Betriebsweise gibt es noch weitere. So benötigt man etwa bei Sole-Wärmepumpen einen größeren Erdwärmetaucher als bei bivalent betriebenen Systemen. Das wiederum kann die Investitionskosten deutlich erhöhen. Und: Die Stromverbrauch für häufigeres Anfahren der monovalent betriebenen Wärmepumpe kann deutlich höher ausfallen als bei einem bivalenten System, wo auch immer mal die zweite Heizquelle mit einspringt. Das wiederum drückt die Jahresarbeitszahl (JAZ), die den Quotienten aus erzeugter Wärmeenergie in kWh und verbrauchter Stromenergie in kWh darstellt. Allgemein gilt, dass eine Wärmepumpe ab etwa einer JAZ von vier als effizient gilt. Sie erzeugt also die vierfache Menge an Wärme aus dem eingesetzten Strom.

Allerdings liegt der Vorteil in der geringeren Investition und dem deutlich einfacheren Aufbau der Anlage. Das spart nicht nur die Kosten für einen Zusatzkessel oder Solarthermie, sondern auch bei der Installation der Hydraulik. Darüber hinaus benötigen Zusatzheizungen, außer Solarthermie, auch Brennstoffe wie Gas, Heizöl oder Biomasse, sowie die dafür nötige Infrastruktur in Form von Anschlüssen, Tanks oder Lagern.

Backup bei schlechter JAZ nötig

In der Praxis werden meist Sole-Wasser-Wärmepumpen (auch Erdwärmepumpen genannt) sowie Wasser-Wasser-Wärmepumpen (die meist die Temperatur des fließenden Grundwassers nutzen) monovalent ausgelegt, weil bei ihnen die nötige Effizienz gegeben ist. Luft-Wasser-Wärmepumpen, die schon von Natur aus eine geringere JAZ aufgrund schwankender Lufttemperaturen als die beiden vorgenannten aufweisen, sollten jedoch mit einem Backup für den bivalenten Betrieb oder mit dem eingangs erwähnten, aber ineffizienten Heizstab absichern.

Bei all diesen Systemen ist zudem die speicherbare Wärmemenge entscheidend für das Funktionieren des Gesamtsystems. "Für monovalente elektrische Wärmepumpen führt ein Wärmespeicher aufgrund des notwendigen Wärmetauschers zu Effizienzeinbußen im Gegensatz zur ausschließlichen Nutzung der Fußbodenheizung oder der Gebäudemasse. Um diese dennoch zu nutzen, wäre aufgrund der Leistungszahl … ein sehr großer Speicher im Verhältnis zur verschiebbaren Strommenge notwendig. Eine konkrete Dimensionierung ist individuell wirtschaftlich zu prüfen", beschreibt dies ein Springer Vieweg-Autorenkollektiv um Michael Sterner auf Seite 158 des Buchkapitels Speicherbedarf in der Wärmeversorgung

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