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Unabhängige Fachzeitschrift für die Sanitär-, Heizungs-, Lüftungs- und Energiebranche

Um die Zielsetzungen der Klimapolitik zu erfüllen, müssen Wärmepumpen eine wichtige Rolle im Energiesystem der Zukunft spielen. An der 23. Tagung des Forschungsprogramms Wärmepumpen und Kälte wurden von ausgewiesenen Referenten interessante Neuigkeiten aus der Wärmepumpen-Forschung vorgestellt. Dieser Anlass ist der WP-Treff der Branche und bewies auch dieses Jahr wieder seine Attraktivität.

An diesem schönen 14. Juni fanden sich zahlreiche Fachleute aus der Gebäudetechnik in Burgdorf ein, um sich auf den neusten Stand der WP-Technologie bringen zu lassen. Zwölf kompetente Referenten hatten viel zu berichten und trotz des langen Tages blieb die Tagung bis zum letzten Vortrag spannend. Diese Technologie ist noch lange nicht ausgereizt und die Forschung bringt regelmässig interessante Neuigkeiten an den Tag. Carina Alles, Bereichsleiterin Wärmepumpen und Kältetechnik vom Bundesamt für Energie BFE, und Stephan Renz, Leiter des BFE-Forschungsprogramms Wärmepumpen und Kälte, moderierten gekonnt die Tagung und sorgten für einen reibungslosen und zeitgerechten Ablauf.

Wärmepumpen in der Transformation

Hans-Martin Henning, Direktor Fraunhofer Institut für Sonnenenergie Freiburg, eröffnete den Vortragsreigen mit dem Thema «Die Rolle von Wärmepumpen in der Transformation nationaler Energiesysteme». Diese These zielt auf ein Energiesystem mit drastisch reduzierten Emissionen von klimarelevanten Spurengasen, also solchen Gasen, die eine Veränderung des globalen Klimas bedingen.

Diese These zielt auf ein Energiesystem mit drastisch reduzierten Emissionen von klimarelevanten Spurengasen, also solchen Gasen, die eine Veränderung des globalen Klimas bedingen.

Der mit Abstand grösste Anteil dieser Emissionen entfällt auf energiebedingte CO2-Emissionen, die aus der Verbrennung fossiler Energieträger in unterschiedlichen Anwendungen resultieren. In der im November 2015 veröffentlichten Studie «Was kostet die Energiewende» des Fraunhofer ISE wurde gezeigt, dass die Zusammensetzung der Heizungstechnologien im Jahr 2050 massiv davon abhängt, welches CO2-Reduktionsziel betrachtet werden soll.

Folgen der Grafik von Henning

Eine Grafik von Henning zeigte auf, dass zunächst Ölkessel und Gaskessel auslaufen werden. Ebenso nimmt die Anzahl der Biomassekessel nach schwacher Zunahme in den 2020er-Jahren ab 2040 deutlich ab. Der Grund liegt im limitiert verfügbaren Potential und dadurch wird die Biomasse vorzugsweise in anderen Anwendungen eingesetzt. Die Anzahl der Fernwärmeanschlüsse nimmt nur leicht zu und liegt bei knapp 20% aller Anschlüsse am Ende des betrachteten Zeitraums.

Folgen für Wärmepumpen

Die dominante Heiztechnik werden Wärmepumpen, wobei die Anlagenzahl an Wärmepumpen mit Aussenluft als Wärmequelle ab Mitte der 2030er-Jahre eher wieder leicht abnimmt zugunsten von erdreichgekoppelten Wärmepumpen und Gaswärmepumpen.

Zusammenfassung

Zusammenfassend hielt Hans-Martin Henning fest, dass ein zukünftiges, den Klimaschutzzielen folgendes Energiesystem im Vergleich zu heute stark umgestellt werden muss. Um eine möglichst effiziente und klimaschonende Wärmebereitstellung zu gewährleisten, muss der Anteil an Wärmepumpen im System stark ausgebaut werden. Insbesondere der Anteil elektrischer Wärmepumpen muss mit zunehmenden CO2-Reduktionszielen ansteigen.

Insbesondere der Anteil elektrischer Wärmepumpen muss mit zunehmenden CO2-Reduktionszielen ansteigen.

Wärmepumpen für nZEB

Carsten Wemhöner, Dozent für Gebäudetechnik an der Hochschule für Technik in Rapperswil, erläuterte in seinem Referat Wärmepumpen für nZEB (Bild 1), einer internationalen Zusammenarbeit. Aufgrund politischer Ziele zur Einführung von Niedrigstenergie- bzw. Netto-Nullenergiegebäuden (nZEB/NZEB) nach 2020 ist eine angepasste Gebäudetechnik von grossem Interesse.

Im Annex 40

des Programms Wärmepumpentechnologien (HPT) der Internationalen Energie-Agentur (IEA) wur--
den der Einsatz und die Entwicklungspotentiale von Wärmepumpen in nZEB in den neun Teilnehmerländern CA, CH, DE, FI, JP, NL, NO, SE und USA untersucht. Die durchgeführten Fallstudien belegen, dass Wärmepumpen sowohl in Mitteleuropa als auch in Skandinavien zu den energie- und kosteneffizientesten Systemlösungen zählen. Für Mehrfamilienhäuser und Bürogebäude haben Wärme-Kraft-Kopplung und Fernwärme vergleichbare Lebenszykluskosten. Feldmessungen bestätigen auch für die installierten Anlagen generell eine gute Effizienz, aber auch anlagenspezifische Optimierungspotentiale, sodass die Wärmepumpensysteme sogar noch bessere Energieeffizienz erreichen können.

Niedrige Heizlasten nach Minergie P

Für niedrige Heizlasten nach Minergie-P von 15 kWh/(m2a) erreichen Luft-Wasser-Wärmepum-pen aufgrund der geringeren Investitionen die niedrigsten Jahreskosten, während bei höherem Heizwärmebedarf und grösseren Gebäuden erdgekoppelte Wärmepumpen günstiger werden. Systeme mit Biomasse, insbesondere Biogas, haben die höchsten Lebenszykluskosten. Bei Mehrfamilienhäusern und Bürogebäuden erreichen auch Wärme-Kraft-Kopplung und Fernwärme eine ähnlich gute Kosteneffizienz wie die Wärmepumpen. Auch bei den grösseren Wohn- und Bürogebäuden weisen die Systeme mit Biomasse die höchsten Lebenszykluskosten auf. Während kleinere Bürogebäude mit drei Stockwerken die Nullenergiebilanz noch mit PV auf dem Dach erreichen können, ist für grössere Gebäude auch eine Installation in der Fassade notwendig.

Trend

Der Trend zu nZEB, die spätestens ab 2021 in der EU und der Schweiz die gesetzliche Anforderung für alle Neubauten darstellen, bietet ein grosses Marktpotential für Wärmepumpen.

Steigerung des Photovoltaik-Eigenverbrauchs

Michel Haller, Leiter Forschung Institut für Solartechnik SPF Rapperswil, berichtete über Steigerungen des Photovoltaik-Eigenverbrauchs für intelligente Wärmepumpen. Bei Einspeisevergütungen für elektrische Energie aus Photovoltaik (PV), welche deutlich niedriger als die Tarife für den Strombezug ab Netz sind, wird der Eigenverbrauch von PV-Strom für die Anlagenbesitzer interessant.

Grosses Potential

Ein grosses Potential mit wenig Aufwand bietet hierfür die eigenverbrauchsoptimierte Regelung der Wärmepumpe in Kombination mit thermischen Speichern. Im Projekt CombiVolt wird aufgezeigt, wie solche eigenverbrauchsoptimierte PV-Wärmepumpensysteme im Prüfstand vermessen und charakterisiert werden können und was mit solchen Systemen heute und in naher Zukunft erreicht werden kann.

Für Photovoltaikanlagen < 30 kWp gibt es in der Schweiz keine kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) mehr.

Für Photovoltaikanlagen < 30 kWp gibt es in der Schweiz keine kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) mehr. Stattdessen werden diese Anlagen über einen Einmalbeitrag von ca. 30% der Investitionskosten gefördert.

Folgen für Endkunden

Dies führt dazu, dass Endkunden mit PV-Anlage für die ins Netz eingespeiste Kilowattstunde Photovoltaikstrom in der Regel deutlich weniger Vergütung erhalten als sie für die vom Stromversorger bezogene kWh Energie bezahlen müssen. Es besteht deshalb, je nach Tarifstruktur, ein starker Anreiz, den selbst produzierten Photovoltaikstrom auch selber zu verbrauchen und nicht ins Netz einzuspeisen.

Grösste Energieverbraucher

Die mengenmässig grössten Energieverbraucher im Haushalt sind in der Regel Warmwasserproduktion und Raumheizung. Selbst wenn für Warmwasser und Raumheizung eine Wärmepumpe eingesetzt wird und der Wärmebedarf für Raumheizung demjenigen eines Neubaus entspricht, werden in unserer Klimazone noch ca. 50% des gesamten elektrischen Bedarfs für die Wärmeerzeugung über diese Wärmepumpe eingesetzt. Eine intelligente Regelung der Wärmepumpe in Kombination mit Möglichkeiten zur Speicherung von Energie hat deshalb ein hohes Potential, den Eigenverbrauch von PV-Strom durch Lastverschiebung deutlich zu erhöhen.

Concise-Cycle-Test

Mit dem Concise-Cycle-Test werden im Verlauf des Projektes mehrere PV-Wärmepumpenkombi-nationen verschiedener Hersteller ausgemessen. Neben qualitativen Auswertungen wie den in Bild 2 dargestellten elektrischen Energiebilanzen über die Zeit werden die im folgenden Abschnitt definierten Kennzahlen ermittelt und verglichen.

Batteriespeicher

Dass mit einem Batteriespeicher deutlich mehr erreicht werden kann als nur mit einem thermischen Speicher, liegt auf der Hand, da der Batteriespeicher Lastverschiebung von Wärmepumpe und Haushaltsstrom erreichen kann, der thermische Speicher jedoch nur jene der Wärmepumpe. Interessant ist jedoch die Tatsache, dass die Kombination thermischer Speicher und Batteriespeicher bei gleichem Gesamt-Stromspeicheräquivalent auch die gleiche Reduktion von Netzstrombezug erreicht. Bei deutlich günstigeren Kosten und Umweltauswirkungen der thermischen Speicher sind diese den elektrischen Speichern bei der Lastverschiebung von Wärmepumpen vorzuziehen.

Solar-Eisspeicher und Photovoltaik

Ralf Dott, wissenschaftlicher Mitarbeiter FHNW in Muttenz, gab mit seinem Beitrag einen Zwischenstand des Projektes LEWASEF bekannt. In diesem Projekt wurden drei Arbeitspakete definiert. Eines ist die Umsetzung von Photovoltaik-Strom mit einer leistungsgeregelten Luft-Wasser-Wärmepumpe in Wärme. Die Laborprüfung mit Batterie in einem virtuellen Hausnetz beginnt aktuell.

Alternative

Bei der flexiblen Einbindung von Wärmequellen über einen Solezwischenkreis erweist sich ein Luft-Sole-Wärmetauscher als vielversprechende Alternative zu den vorher eingesetzten Solar-Luftabsorbern bei ähnlicher Effizienz, aber flexiblerer Anwendung. Das Wasser im erdvergrabenen Eisspeicher durch Latentmaterialien mit einem höheren Schmelzpunkt zu ersetzen, erweist sich nicht als effizienzsteigernd, da hierdurch gleichzeitig die Erdreichwärmegewinne markant reduziert werden.

PVT-Module

Bei PVT-Modulen mit kombinierter Strom- und Wärmegewinnung als primäre Wärmequelle für die Wärmepumpe stellt es sich als grosse Herausforderung dar, diese mit guten konvektiven Eigenschaften für den Wärmegewinn aus der Umgebungsluft zu realisieren.

Eine gute und effektive Umsetzung von PV-Strom in Wärme mit hoher Effizienz ist ein zentrales Element zukünftiger Wärmeversorgung. Die Arbeiten in diesem Arbeitspaket haben 2017 begonnen und dauern noch an.

Einbindung weiterer Wärmequellen

Ein Solezwischenkreis kann als Flexibilisierungsoption zur Einbindung weiterer Wärmequellen dienen. Das Solar-Eisspeicher-System ist hinsichtlich energetischer Effizienz ein erfolgreiches Beispiel hierfür. Untersucht wird aktuell eine vereinfachende Systemoptimierung für den Wärmegewinn aus der Luft bei gleichbleibender Effizienz. Ein Latentmaterial mit höherer Erstarrungstemperatur zeigt für den erdvergrabenen Latentspeicher wenig Potential zur Effizienzsteigerung bei ähnlichem Anlagenaufwand.

PVT-Module als primäre Wärmequelle für Wärmepumpen erfordern gute konvektive Eigenschaften für den Wärmegewinn aus Umgebungsluft. Diese werden bisher nur mit Einschränkungen erreicht. Ein Einsatz mit Schwerpunkt auf der Lieferung von Wärmemengen anstelle Wärmeleistung, beispielsweise in Kombination mit Erdwärmesonden, scheint sinnvoller.

Mehr Flexibilität für Wärmepumpen

Jörg Worlitschek von der Hochschule Luzern erzählte über mehr Flexibilität für Wärmepumpen in Smart Grids durch thermische Speicher in Heizsystemen. In Gebäudeheizsystemen können WP durch flexibles Anpassen der Arbeitszeiten dazu beitragen, Tagesschwankungen im Angebot an elektrischer Energie auszugleichen. In diesem Beitrag werden die Grenzen dieser Flexibilität ausgelotet. Dazu werden der Netzbewirtschaftungsanteil, der Verbrauch und der Preis an elektrischer Energie für unterschiedliche Systemkonfigurationen (erzeugte Heizleistung, thermische Speicherkapazität, Regelalgorithmus) untersucht.

Beispiel saniertes Altbau-EFH

Als ein Beispiel für den Schweizer Gebäudepark wird ein saniertes Altbau-Einfamilienhaus mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, einem Radiatorheizsystem und mit einem Raumheizwärmebedarf von 100 kWh/m2/a (SFH100) betrachtet. Thermische Speichersysteme können zusammen mit höherer erzeugter Heizleistung der Wärmepumpe den Netzbewirtschaftungsanteil um bis zu 43% steigern. Die vermehrte Integration von erneuerbaren Energien, wie Wind- und Solarenergie, kann zu einem Ungleichgewicht zwischen Elektrizitätsproduktion und -verbrauch führen.

Thermische Speichersysteme können zusammen mit höherer erzeugter Heizleistung der Wärmepumpe den Netzbewirtschaftungsanteil um bis zu 43% steigern.

Aufgrund des hohen Energieverbrauchs der privaten Haushalte für Raumwärme (67% in der Schweiz per 2015) und der grossen Verbreitung von Wärmepumpen und deren hohen Effizienz bietet die Wärmepumpentechnologie eine optimale Möglichkeit, die Energieproduktion und deren Verbrauch stärker aufeinander abzustimmen.

Kostenreduktion durch Speicherintegration

Auf einem Schema zeigte Worlitschek den Einfluss der Regelstrategie auf die Elektrizitätskosten in Abhängigkeit des Volumens des Energiespeichers für verschiedene erzeugte Heizleistungen. Durch die Verwendung grosser thermischer Energiespeichersysteme kann eine Elektrizitätskostenreduktion von bis zu 20% erreicht werden.

Folgen für kleine Speichervolumen

Es ist jedoch ebenfalls ersichtlich, dass für kleine Speichervolumen die Elektrizitätskosten sogar jene eines konventionell betriebenen Systems (Zweipunktregler) übersteigen. Leistungsstärkere Wärmepumpen verursachen höhere Elektrizitätskosten, weil kürzere Laufzeiten, höhere Temperaturen des Heizwassers und eine schlechtere Effizienz einen höheren Energieverbrauch verursachen. Mit grösseren thermischen Energiespeichern werden ähnliche Wärmemengen bei tieferen Temperaturen gespeichert, was die Effizienz wieder verbessert.

Beeinträchtigung der Jahresarbeitszahl

Hohe Speicherladetemperaturen ziehen eine Verschlechterung der Jahresarbeitszahl (JAZ 1) mit sich. Insbesondere muss für einen Prognosehorizont der Regelung von 24 Stunden eine Reduktion der JAZ 1 von bis zu 28% hingenommen werden. Allerdings erholt sich die JAZ 1 bei höherem Prognosehorizont der Regelung und büsst nur 12% des originalen Werts ein. Der generelle Trend der JAZ 1 für unterschiedliche Speichervolumen und erzeugte Heizleistungen der Wärmepumpen entspricht den Erwartungen: Grössere Speichervolumen ermöglichen tiefere Speichertemperaturen, was eine höhere Effizienz und somit eine höhere JAZ 1 bedeutet.

Der generelle Trend der JAZ 1 für unterschiedliche Speichervolumen und erzeugte Heizleistungen der Wärmepumpen entspricht den Erwartungen.

Je höher die erzeugte Heizleistung der Wärmepumpe, desto kürzer werden die Laufzeiten. Diese führen so zu höheren Temperaturen im Speichermedium und einer tieferen Jahresarbeitszahl.

Wärmepumpen für die Industrie

Peter Radgen, Lehrstuhl Energieeffizienz Universität Stuttgart, präsentierte das Resultat einer Erhebung zum Thema Wärmepumpen für die Industrie. Die Wärmepumpentechnologie ist in der Industrie der Schweiz bisher wenig verbreitet. Daher befasste sich die vorliegende Arbeit mit der Analyse und Bewertung des Stands der Wärmepumpentechnik und der Identifikation von Erfolgsfaktoren für die Anwendung von Wärmepumpen in der Schweizer Industrie.

Ergebnis der Analyse

Als Ergebnis der Analyse der Befragung ist festzustellen, dass die befragten Experten die Zukunft der Wärmepumpentechnik in der Schweiz überwiegend positiv beurteilen. Die Entwicklungsschwerpunkte werden in der Erweiterung des Temperaturbereichs und der Reduktion der Investitionskosten ausgemacht.

Flexibel einsetzbar

Die Versorgung industrieller Betriebe mit Wärme und Kälte unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von der Gebäudetechnik. Zum einen werden Anlagen mit grosser Heizleistung benötigt, zum anderen muss die erzeugte Wärme bei höheren Temperaturen (meist > 80°C) bereitgestellt werden. Auch die verfügbaren Wärmequellen (z. B. Abwasser, Maschinenkühlung, Prozessbäder) haben ein höheres Temperaturniveau. Wärmepumpen mit geschlossenen Kreisläufen sind flexibel einsetzbar und können heute Versorgungstemperaturen von bis zu 110°C erreichen.

Wärmepumpen mit geschlossenen Kreisläufen sind flexibel einsetzbar und können heute Versorgungstemperaturen von bis zu 110°C erreichen.

Darüber hinaus befinden sich neue Wärmepumpentechnologien im Prototypen- bzw. Demonstrationsstadium. Mit neuen Kältemitteln, neuen Kreisprozessen und neuen Verdichtertypen werden Versorgungstemperaturen von bis zu 160°C erreicht.

Einsatzmöglichkeiten

Die Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpentechnologie in unterschiedlichen Segmenten wird von den befragten Experten zum heutigen Zeitpunkt wie folgt eingeschätzt: Rund die Hälfte messen der Wärmepumpentechnik eine «sehr grosse» Bedeutung in den Segmenten Ein- und Mehrfamilienhäuser zu. Die Bedeutung in den Segmenten Büro- und Industriegebäude sowie Wärmenetze wird als «sehr gross» eingeschätzt.

Bedeutung der Industrieprozesse

Eine «sehr grosse» Bedeutung der Industrieprozesse wird von 21% der Teilnehmer konstatiert. Mit 50% sieht die Hälfte der Teilnehmer eine «grosse» bis «sehr grosse» Bedeutung der Wärmepumpentechnik in Industrieprozessen. Für die wissenschaftliche Forschung stellt mit 46% die Weiterentwicklung der Kältemittel den zentralen Schwerpunkt dar, weitere 15% der Befragten sehen die Komponentenoptimierung durch Forschung/Wissenschaft als besonders relevant. Das grösste Hemmnis stellen mit 37% die aktuellen Energiepreise dar, gefolgt von den hohen Erwartungen an die Amortisationszeit, der Produktakzeptanz und hohen Investitionen.

Turbokompressoren für Wärmepumpen

Jörg Schiffmann, Direktor an der EPFL Lausanne, stellte mit kleinen, schnelldrehenden Radialverdichtern eine interessante Alternative zum heutigen Stand der Technik vor. Turboverdichter erlauben es durch ihre Funktionsweise, der Wärmepumpenlast zu folgen und die Ölfreiheit ermöglicht es, verbesserte Wärmetauscher und mehrstufige Wärmepumpenkreisläufe zu implementieren (Bild 3). Der Beitrag gab eine Übersicht über verschiedene experimentell untersuchte R134a Radialverdichter mit Laufraddurchmesser in der Grössenordnung von 20 mm und Drehzahlen bis zu 210 000 U/min, wobei Druckverhältnisse über 3,3 pro Stufe und aerodynamische Wirkungsgrade weit über 70% gemessen wurden.

Nebst experimentellen Untersuchungen wurden auch kritische Einblicke in die Herausforderungen gegeben, die sich bei einer Skalierung von Radialverdichtern hin zu kleineren Leistungen ergeben.

IEA

Gemäss der IEA gehen 20% des weltweiten Verbrauchs an Primärenergie auf das Konto von Raumheizung und Warmwasseraufbereitung. Da Heizen und Kühlen die Energie bei relativ tiefen Temperaturen benötigen, bieten erneuerbare Energieträger für diese Anwendungen eine interessante Alternative zu fossilen Energie-trägern.

COP-Werte stagnieren seit Jahren

Die COP-Werte von Wärmepumpen sind Anfang der 90er durch den Einsatz von Scrollverdichtern stark angestiegen, stagnierten aber seither. Eine marginale Erhöhung der COPs konnte durch verbesserte Regelung erreicht werden. Trotz der ausgedehnten Verbreitung von Wärmepumpen gibt es weiterhin ein grosses Verbesserungspotential.

Eine detaillierte Analyse verdeutlichte, dass etwa 50% der Verluste in Wärmepumpen während dem Verdichtungsprozess entstehen, derweil 30% dem Expansionsprozess und 20% den Wärmetauschern zugeschrieben werden können. Es kann also daraus geschlossen werden, dass der Verdichter Schlüssel zu höheren COP-Werten ist. Eine Erhöhung der Verdichterwirkungsgrade kann über eine neue Verdichtertechnologie oder über eine Aufteilung des Verdichtungsprozesses in mehrere Etappen mit Zwischenkühlung erreicht werden.

Trotz der ausgedehnten Verbreitung von Wärmepumpen gibt es weiterhin ein grosses Verbesserungspotential.

Dynamische Luftlager vielversprechend

Schiffmann und Daniel Favrat (Favrat ist Professor an der EPFM in Lausanne und arbeitet zusammen mit Schiffmann an diesem Projekt) haben, um Haushaltswärmepumpen anzutreiben, einen einstufigen 2-kW-Radialverdichter auf Gaslager entwickelt und getestet. Die Welle schwebt auf dynamischen Gaslagern, welche direkt mit dampfförmigen Kältemitteln geschmiert werden. Vor Kurzem konnten vielversprechende Resultate eines zweistufigen 6-kW-Radialverdichters publiziert werden, welcher eine zweistufige Wärmepumpe mit offenem Economizer angetrieben hat. Eine bemerkenswerte Herausforderung in der Auslegung von Verdichtern liegt in der Tatsache, dass eine Wärmepumpe selten einen fixen Betriebspunkt aufweist. Das führt dazu, dass der Kompressor ein grosses Spektrum an Massenströmen und Druckverhältnissen liefern muss, das bei maximalen Wirkungsgraden. Schiffmann und Favrat haben dieses Auslegungsproblem gelöst, indem ein mathematisches 1D-Verdichter-Modell mit einem genetischen Optimierungsalgorithmus gekoppelt wurde, um den besten Kompromiss zwischen optimaler Drehzahl und saisonalem Wirkungsgrad zu bestimmen.

Dynamische Luftlager sind eine vielversprechende Technologie für kleine Turbomaschinen aufgrund ihrer geringen Verluste, ihres einfachen Designs und der Ölfreiheit im Betrieb.

Der Praxisbericht

Peter Hubacher, Ressortleiter QS Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz, hat im Rahmen eines Projekts ein Anlagensample verschiedener Anlagen besucht und nach einem herausgearbeiteten Standard analysiert. Das Resultat hat Hubacher den anwesenden Besuchern präsentiert. Dieses BFE-Projekt soll zeigen, wie die Anlagen im Durchschnitt verbaut werden und was für Schwachpunkte es gibt, die in Zukunft verbessert oder vermieden werden können. Es wurden insgesamt 106 Anlagen besucht und kontrolliert. Davon waren 75 Wärmepumpenanlagen und 31 Öl- oder Gasfeuerungsanlagen, die in vier Regionen der Schweiz (Ostschweiz, Mittelland, Westschweiz und Tessin) stehen, in diese Untersuchung einbezogen worden. Die Untersuchung zeigt klar auf, dass die Qualität der Anlagen nicht optimal ist. Es gibt Schwerpunkte, die man verändern muss, um die Anlagen effizienter zu machen. Dies ist einerseits im Interesse der Anlagenbesitzer, die günstige Betriebskosten erwarten, aber andererseits ist die Effizienzsteigerung von Wärmepumpen, aber auch fossilen Anlagen, im öffentlichen Interesse, da der Stromkonsum günstiger ausfällt und der CO2-Ausstoss (Klimaerwärmung) reduziert wird.

Wie aus der Analyse hervorgeht, können die meisten Mängel relativ einfach behoben oder vermieden werden. Sämtliche hydraulischen Mängel können bei der Montage ohne zusätzlichen Aufwand erfüllt werden und alle regeltechnischen und betrieblichen Mängel sind durch eine optimale Einstellung und Einregulierung sogar nachträglich zu erfüllen.

In der Tabelle 1 wurde versucht, die angetroffenen Mängel energetisch zu gewichten. Damit konnte eine Übersicht über die mittleren Verluste des gesamten Anlagensamples erstellt werden. Interessanterweise stellte sich heraus, dass die Verluste insgesamt im Bereich von 14–16% liegen. Dies wurde bereits bei den Feldanalysen für das BFE festgestellt, die in den letzten 20 Jahren durchgeführt wurden.

Tabelle 1: Hochrechnung der Verlustsituation über die vorgefundenen Mängel.

Festgestellte Mängel

Anzahl
Anlagen

Verluste

Nutzenergie-
verlust

 

WP

Öl/Gas

%

WP

Öl/Gas

total

 

 

 

 

kWh/a

kWh/a

kWh/a

Heizleitungen unisoliert

29

17

8

48256

43520

 

Warmwasserleitungen
unisoliert

10

6

5

10400

9600

 

WW-Siphon nicht
ausgeführt

34

10

4

28288

12800

 

Wärmeerzeugung
überdimensioniert

23

1

8

38272

2560

 

Wärmeerzeuger taktet
stark (ø 15 min)

19

4

10

39520

12800

 

Speicheranschluss falsch

28

 

6

34944

 

 

Überströmventil bei
ERR fehlt

6

 

4

4992

 

 

Heizgrenze falsch
eingestellt (20°C)

10

8

10

20800

25600

 

Heizkurve falsch
(überhöht) eingestellt

18

10

5

18720

16000

 

Nachtabsenkung
(∆T zu gross)

13

13

3

8112

12480

 

 

 

 

 

 

 

 

Gesamtverluste des
Anlagensamples

 

 

 

252304

135360

387664

Mittlere Nutzenergieproduktion
pro Anlage

 

 

 

20800

32000

 

Mittlere Nutzenergieproduktion
für alle Anlagen

 

 

 

1 560 000

992 000

2 552 000

Verluste pro Anlage in %

 

 

 

16,17

13,65

15,19