Erneuerbare Energien

Wärmepumpenheizung im Feldversuch

Mittwoch, 01.02.2023

Die Verläufe beider Kurven folgen grundsätzlich dem charakteristischen Jahrestemperaturverlauf. In den Sommermonaten wird der Energiebedarf im Wesentlichen durch die Trinkwassererwärmung bestimmt. Der elektrische Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung kann im Jahresverlauf als etwa konstant angenommen werden und liegt bei ungefähr 1.200 kWh/a. Dieser Wert ergibt sich aus den Betriebszeiten der Wärmepumpe und entspricht etwa 20 Prozent des mittleren Jahresbedarfs an Elektroenergie. Die Verläufe der beiden Verbrauchskurven sind zwar grundsätzlich gleich, zeigen zu bestimmten Zeiten allerdings Abweichungen. Die Ursache für die Abweichungen liegt in der schwankenden Jahresarbeitszahl der Anlage. Das Diagramm in Abbildung 2 zeigt dazu den Verlauf der Jahresarbeitszahl über den untersuchten Zeitraum im Vergleich zum Elektroenergieverlauf. Es ist zu erkennen, dass die Jahresarbeitszahl in den Sommermonaten deutlich geringer ist. Der Grund hierfür ist das Aussetzen der Gebäudebeheizung und der damit verbleibende, fast ausschließliche Trinkwassererwärmungsbetrieb der Wärmepumpenanlage. Da bei der Trinkwassererwärmung deutlich höhere Temperaturen erzeugt werden, geht die Effizienz der Wärmepumpe entsprechend zurück. Auch während der Heizperiode schwankt die Jahresarbeitszahl. Es ist aus den Verläufen zu erkennen, dass in Phasen erhöhten Energiebedarfs (bedingt durch niedrige Außentemperaturen) die Jahresarbeitszahl ebenfalls zurückgeht. Auch hier liegt die Ursache im erhöhten Temperaturbedarf für eine adäquate Gebäudebeheizung.

Verlaufsvergleich zwischen Elektroenergieverbrauch und Jahresarbeitszahl.
Quelle: Wego
Verlaufsvergleich zwischen Elektroenergieverbrauch und Jahresarbeitszahl.

Um das Betriebsverhalten der Wärmepumpenheizanlage quantitativ zu bewerten, wurden aus den Verlaufswerten saisonale Betriebswerte abgeleitet. Die saisonalen Werte wurden für die vier Jahreszeiten in Durchschnittswerten zusammengefasst. Bezogen auf den Jahresmittelwert von etwa 5.750 kWh steigt der elektrische Energiebedarf auf durchschnittliche 10.150 kWh/a (ca. +77 %) im Winterbetrieb an und fällt im Sommerbetrieb auf etwa 1.770 kWh/a (-70 %) zurück. Diese enorme Bedarfsspreizung ist insbesondere bei der elektrischen Energieversorgung und der damit verbundenen Kosten- und Abschlagsplanung gezielt zu berücksichtigen.

Wiederum bezogen auf den Jahresmittelwert von 4,82 erreicht die Wärmepumpe ihre höchste Effizienz im Herbst mit einer durchschnittlichen JAZ von 4,96 (+3 %). Die geringste Effizienz hat die Wärmepumpe dagegen im Sommerbetrieb mit einer durchschnittlichen JAZ von 3,97 (-17,5 %). Ergänzend zu den saisonalen Durchschnittswerten wurden auch die im Verlauf des Anlagenbetriebs gemessenen Minimal- und Maximalwerte von Energieverbrauch und Jahresarbeitszahl erfasst.

Fazit

Die Differenz von 1,76 zwischen maximaler und minimaler Jahresarbeitszahl zeigt die starke Abhängigkeit der Effizienz der Wärmepumpe von der zu erzeugenden Heiztemperatur. Dies lässt sich (hauptsächlich bedingt durch den saisonalen Temperaturverlauf) nicht wesentlich ändern. Die mit dem saisonalen Temperaturverlauf verbundenen großen Unterschiede beim Verbrauch elektrischer Energie (Faktor 3,6) müssen in der energetischen Planung berücksichtigt werden. Hier kommt es aufgrund zu kurzer Betrachtungszeiträume nach der Neuinstallation von Wärmepumpenheizanlagen oft zu Fehleinschätzungen des Energiebedarfs. Erst nach Ablauf eines vollen Betriebsjahres liegt der tatsächliche Bedarf für den Jahresverbrauch vor. Allerdings sind auch die Durchschnittswerte aus dem Frühjahr geeignet, den Jahresbedarf zu prognostizieren. Winter- und Sommerwerte dagegen lassen keine verlässlichen Voraussagen zum Jahresverbrauch zu.

Prof. Dr.-Ing. Ansgar Wego, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Hochschule Wismar, 23966 Wismar, ansgar.wego@hs-wismar.de
Quelle: Hochschule Wismar
Prof. Dr.-Ing. Ansgar Wego, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Hochschule Wismar, 23966 Wismar, ansgar.wego@hs-wismar.de

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