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Wärmepumpen
in Kombination mit Flächenheizung/-kühlung
Die Flächenheizung/-kühlung trägt nicht nur als Niedrigtemperatursystem zu einem effizienten Betrieb der Wärmepumpe bei, sondern bietet auch in der Doppelfunktion ein ideales Wärmeübergabesystem zum Heizen und Kühlen.
Aus vielerlei Gründen wird heute eine Wärmepumpe in bestehenden Gebäuden eingesetzt. Umso wichtiger ist es, die wesentlichen Unterschiede zwischen einer Wärmepumpe und einem mit fossilen Energieträgern betriebenen Wärmeerzeuger zu kennen und dementsprechend die Wärmeübergabe genau zu prüfen und zu planen. Aus der Funktionsweise der Wärmepumpe resultiert eine deutlich größere Bedeutung auf die Wärmeübergabesysteme, da die Effizienz der Wärmeübergabe maßgeblich von den niedrigen Temperaturen abhängig ist. Ist diesem Zusammenhang ist das Niedrigtemperatursystem Fußbodenheizung das ideale Wärmeübergabesystem aufgrund der niedrigen Vorlauftemperaturen.
Die Wärmeübergabe heute und morgen
Bei der Betrachtung der Wärmeübergabe sollte nicht nur eine effiziente Heizung, sondern ebenso eine effiziente Kühlung in Betracht gezogen werden, um nicht nur den aktuellen, sondern auch den zukünftigen Anforderungen zu entsprechen. Die Systeme der Flächenheizung/-kühlung bieten beide Funktionen, Heizen und Kühlen, als Niedrigtemperatursystem über die Flächen Boden, Wand und Decke an. Diese zwei Funktionen werden exklusiv durch die Wärmepumpe bereitgestellt. Da die Wärmepumpe ihre höchste Effizienz bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Wärmequelle und -senke erreicht, wird sie idealerweise mit einem Niedrigtemperatursystem der Wärmeübergabe - Flächenheizung und Flächenkühlung - kombiniert.
In bestehenden Wohngebäuden erfolgt die Beheizung noch überwiegend aus den fossilen Energieträgern Gas und Heizöl. Dabei könnte die Wärmepumpe auch im Gebäudebestand eine ebenso relevante Rolle spielen, wie sie es im Neubau schon tut. Es ist aus dem Arbeitsprinzip der Wärmepumpe bekannt, dass je grösser die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist, desto geringer fällt die Jahresarbeitszahl aus, d.h. die Effizienz der Anlage sinkt. Dieses physikalische Grundprinzip lässt sich aus den COP-Angaben der Hersteller, Verhältnis von Quellentemperatur und Senkentemperatur an einem bestimmten Betriebspunkt, gleichermaßen erkennen. Aus diesem Grund ist bei Heizungs-Wärmepumpen die Kombination mit einem Niedrigtemperatursystem als Wärmeübergabe - Flächenheizung und Flächenkühlung - die optimale Wahl.
Wärmeübergabe und Jahresarbeitszahl
Die Jahresarbeitszahl ist ein Kennwert, mit dem die Effizienz einer Wärmepumpe beurteilt wird. Mit ihr wird die zugeführte (elektrische) Energie zu der abgegebenen (thermischen) Energie über den Betrieb eines Jahres, ins Verhältnis gesetzt. Die Jahresarbeitszahl ist ein empirischer Wert zur Beurteilung der Gesamteffizienz einer Wärmepumpenanlage unter Berücksichtigung von vielen Randparametern und kann nach VDI 4650 berechnet werden. Sie ist Bestandteil der Planung einer Wärmepumpenanlage. Umso wichtiger ist es in diesem Zusammenhang, die Wärmeübergabe optimal auf einen möglichst effizienten Betrieb der Wärmepumpe auszulegen.
Die DIN EN 15450 nennt in Anhang C Standard-Mindestwerte zur Jahresarbeitszahl (JAZ) und verweist des Weiteren auf etwaige JAZ-Mindestwerte in nationalen Anhängen. Für die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) von Wärmepumpen stellt das BAFA Mindestwerte für die Jahresarbeitszahl (JAZ) als Anforderung, deren Nachweis gemäß VDI 4650 zu führen ist. Für einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe ist eine optimale Abstimmung der Wärmequellenanlage mit der Wärmenutzungsanlage jedoch unabdingbare Planungsgrundlage.
Mit niedrigen Vorlauftemperaturen von 35°C wird die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequellentemperatur und Wärmesenkentemperatur verringert. Während der Heizperiode verringert sich diese Temperaturdifferenz weiter von der Auslegungs-Außentemperatur hin zur Heizgrenztemperatur des Gebäudes. Bei einer genauen und konsequenten Auslegung der Flächenheizung wird im dynamischen Prozess der außentemperaturgeführten Heizungsregelung, die Quellen-Senken-Differenz weiter verringert und verlangt an den wenigsten Tagen der Heizperiode eine Vorlauftemperatur von mehr als 30°C.
Heizen und Kühlen mit einem System
Sowohl bei einer Wärmepumpe als auch bei einer Flächenheizung/-kühlung ist es wichtig schon zu Beginn der Konzeptentwicklung/Planung festzulegen, was die Systeme leisten sollen. Für beide Systeme ist es absolut planungsrelevant, ob nur geheizt, oder auch gekühlt werden soll. Und wenn der Wunsch einer Kühlung besteht, gilt es festzulegen, ob eine Ankühlung, oder eine Vollkühlung gewünscht ist. Im Kühlbetrieb muss eine Taupunktunterschreitung in und am Bauteil in jedem Fall vermieden werden. Dies kann sowohl am Heiz-/Kühlkreisverteiler mittels der systemintegrierten Einzelraumregelung erfolgen, oder über die Regelung der Wärmepumpe. Wie dies genau geschieht, ist im Rahmen der Detailplanung als wichtige sicherheitstechnische Schnittstelle beider Systeme festzulegen. Die notwendige oder gewünschte Kühlleistung ist für die Planung der Wärmepumpe ebenso wichtig, wie für die Auslegung der gewünschten Art der Kühlung.
Der Fachbereich Flächenheizung/-kühlung veranstaltet bereits seit 2017 regelmäßig Online-Seminare für Fachhandwerker und Planer, sowie Energieberater und Architekten. Hier finden Sie eine bereits stattgefundene Vortragsserie die Sie vielleicht interessiert:
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