Analyse einer Wärmepumpenanlage

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Abstract

Bei dem messtechnisch untersuchten Gebäude handelt es sich um ein nicht unterkellertes, freistehendes Einfamilienhaus mit einer Wohnfläche von 164 m². Das Haus entspricht mit einem rechnerischen spezifischen Jahresheizwärmebedarf von 53 kWh/m², bezogen auf die Gebäudenutzfläche, dem Niedrigenergiehausstandard.

Das Gebäude ist mit einer Fußbodenheizung ausgestattet und wird von drei Personen bewohnt. Die Beheizung erfolgt mittels einer elektrisch angetriebenen Kompressionswärmepumpe (Heizleistung 9,0 kW, elektrische Leistungsaufnahme 1,6 kW im Arbeitspunkt); als Wärmequelle wird das Grundwasser genutzt.

Die Warmwasserbereitung erfolgt in den Sommermonaten überwiegend durch Solarkollektoren. Der Fehlbedarf wird durch die Wärmepumpe gedeckt.

Durch die messtechnische Erfassung aller energetisch relevanten Größen war es möglich die Arbeitszahl der Wärmepumpe bzw. der gesamten Wärmepumpenanlage im Heiz- und Warmwasserbetrieb sowie den solaren Deckungsgrad zu ermitteln. Damit konnte eine Aussage über die energetische Qualität einer modernen Wärmepumpe unter realen Einsatzbedingungen gemacht werden.

Ergebnisse

 

Bild 1 zeigt den elektrischen Energieverbrauch der gesamten Wärmepumpenheizungsanlage, aufgeteilt auf Wärmepumpe, Grundwasserpumpe sowie Regelung und sonstige Pumpen. Der Anteil der Wärmepumpe liegt dabei annähernd konstant bei rund 80 %, der Anteil der Grundwasserpumpe beträgt im Mittel rund 16 %, die verbleibenden 4 % werden für Regelung und Umwälzpumpen verbraucht.

Der Anteil der Warmwasserbereitung lag für den unten dargestellten Zeitraum bei 11 %.

Bild 1:Elektrischer Energieverbrauch der Wärmepumpenheizungsanlage

Bild 1: Elektrischer Energieverbrauch der Wärmepumpenheizungsanlage

 

Bild 2: Arbeitszahl der Wärmepumpe sowie Anlagenarbeitszahl (Mai 2000 bis April 2001)

 

Für die Wärmepumpe allein ergab sich über den gesamten Messzeitraum eine maximale monatliche Arbeitszahl von 4,4 (September 1999). Zur Bestimmung der Arbeitszahl der gesamten Wärmepumpenanlage muss der Energieverbrauch sämtlicher Nebenverbraucher mit einbezogen werden. Dadurch reduziert sich die Arbeitszahl, vor allem wegen des hohen Anteils der Grundwasserpumpe am Stromverbrauch, um etwa 17 bis 18 % (vgl. Bild 2).

 

Weitere Ergebnisse

In Bild 3 ist die Abhängigkeit der Leistungszahl von der Vorlauftemperatur der Wärmepumpe dargestellt, die Messpunkte bei den höheren Vorlauftemperaturen sind dem Warmwasserbetrieb zuzuordnen. Aus Bild 3 ist zudem der Einfluss der Grundwassertemperatur auf die Leistungszahl ersichtlich. Die als Karos abgebildeten Messpunkte wurden bei Grundwassertemperaturen zwischen 7 und 9 °C aufgezeichnet, bei den als Kreuze dargestellten Messpunkten lagen die Grundwassertemperaturen im Bereich von 11 bis 13 °C.

Bild 3: Leistungszahl der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur

 

Bild 4: Solarer Deckungsgrad sowie Energiebedarf zur Warmwasserbereitung

 

Wie aus Bild 4 ersichtlich ist, liegt der solare Deckungsgrad bei der Warmwassererzeugung zwischen 9 % im Dezember (geringe solare Einstrahlung) und max. 95 % im Sommer. Der Nutzungsgrad des Solarkollektors konnte aus der Wärmeerzeugung und der solaren Einstrahlung berechnet werden und liegt für die Wintermonate bei 25 bis 30 %, für die Sommermonate bei 50 bis 58 %.


Nach einigen anlagentechnischen Verbesserungen sind die Betriebsergebnisse der WP-Anlage positiv zu bewerten, blieben aber hinter den anfänglichen Erwartungen zurück. Die Arbeitszahlen der gesamten Wärmepumpen-Anlage liegen, aufgrund des vergleichsweise hohen elektrischen Energieverbrauchs, bei maximal 3,6. Verbesserungen wären hier durch den Austausch der vermutlich überdimensionierten Grundwasserpumpe zu erzielen. Seitens der Hausbesitzer wird derzeit versucht, die Regelung der Wärmepumpe weiter zu optimieren.