Wirkungsgrad erhöht
Solar und Wärmepumpe im Einklang
Energie wird immer teurer, für wirtschaftliches Heizen muss daher der Wirkungsgrad der Heizung möglichst hoch liegen. Hier bieten Wärmepumpen die Möglichkeit, mit wenig elektrischer Energie viel Wärmeenergie aus der Umgebung zu gewinnen. Theoretisch kein Problem, in der Praxis weisen leider viele Solar-, Erdwärme-, Luft- und Wasserwärmepumpenkonzepte erhebliche Nachteile auf. Betrachtet man nur die rein physikalischen Gesetze und wendet diese gezielt an, lässt sich der Wirkungsgrad enorm steigern. Ein neues Wärmepumpenkonzept für Heizung und Brauchwasser setzt genau auf diese Vorgehensweise. Neben höherem Wirkungsgrad spart der modulare Aufbau auch noch Installationszeit und Platz im Heizungsraum. ⇥Autoren: Jürgen Großholz und Dipl. Chem. Andreas Zeiff, Stutensee
Die Funktion der Wärmepumpe (WP) ist altbekannt. Über einen Kreisprozess wird Wärmeenergie von einem geringeren auf ein höheres Temperaturniveau „gepumpt“. Im Prinzip ein „umgekehrter“ Kühlschrank, dessen Innenteil (Verdampfer) der Umgebung Wärme entzieht und über die warme Rückwand (Kondensator) der Heizung zuführt. So wie der Kühlschrank im Sommer mehr Strom zur Kühlung benötigt, braucht eine Wärmepumpe umso mehr Strom, je größer der Temperaturunterschied, der sogenannte Temperaturhub, zwischen kalter und heißer Seite ist. Eine wichtige Kennzahl für den Wirkungsgrad von Wärmepumpen ist die so genannte Jahresarbeitszahl. Sie bezeichnet über ein Jahr hinweg das Verhältnis zwischen abgegebener Wärmeenergie und zugeführter elektrischer Energie. Diese sollte bei 4 oder höher liegen (1 kWh elektrische Energie am Eingang ergibt mindestens 4 kWh Wärmeenergie an der Heizseite). Dieser Mindest-Wirkungsgrad ist u.a. Voraussetzung, um bei Neubau und Sanierung Zuschüsse zu erhalten.
„Ausgesperrtes Solarwasser“
Das neue Konzept der so genannten SVT-Anlage (Solare-Vorrang-Technik) von Chemo (www.chemo.de) beruht nun auf der Tatsache, dass z. B. Solarpaneele bei vollem Sonnenschein über einen Pufferspeicher für die Brauchwassererwärmung und Heizung ausreichen. Bei geringer Solarstrahlung ist das „Solarwasser“ zu kalt für die direkte Beheizung, enthält aber noch viel Energie auch unterhalb von 40 °C. Dieses zu „kalte“ Wasser wird nun separat gespeichert und der Wärmepumpe zugeführt. Durch das gespeicherte, vorgewärmte, lauwarme Wasser des Kollektors ist die Differenz zum 40 ° bis 60 °C warmen Brauch-/Heizwasser geringer, der Wirkungsgrad der WP steigt an. Gleichzeitig erhöht sich die nutzbare Wärmemenge aus dem Solarkollektor, da er auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung noch verwertbare Wärmeenergie liefert. Wurde früher das für Direktheizung zu kalte Solarwasser quasi „ausgesperrt“, so nutzt die SVT-Anlage nun auch diese „minderwertige“ Energie für die Wärmepumpe aus.
Keine Gefahr von Legionellen
Die neue Kompaktheizanlage besteht aus mehreren Modulen und benötigt insgesamt nur eine Grundfläche von 1,5 m². Auf dieser Fläche befinden sich alle Funktions- und Speicherelemente. Die Anschlüsse zur Haus- und Solarinstallation sind in einer Höhe zusammengefasst und damit leicht ins Hausnetz einzubinden. Wie bei herkömmlichen Anlagen besteht das Grundgerüst aus einem runden 600 l Heizungspufferspeicher aus Stahl, der die Energie bei hohen Temperaturen der Solarpaneele während Sonnenschein bis 95 °C speichert. Diese direkte Speicherung benötigt aber einen Vorlauf (Warmwasserstrom) aus den Kollektoren von mindestens 40 °C. In dem Puffer-Behälter sorgen trinkwasserdurchflossene Edelstahl-Wellrohre für die Erwärmung des Brauchwassers nach Bedarf. Das kalte Wasser erwärmt sich im Wellrohr auf Behältertemperatur. Da das Wasser im Durchfluss frisch aufbereitet wird, entfällt eine Bevorratung des Brauchwassers und damit die Gefahr von Legionellen. Sollte die Puffertemperatur für die Brauchwasseraufheizung nicht ausreichen, wird über einen elektronisch geregelten Durchlauferhitzer das Leitungswasser bedarfsgerecht nachgeheizt. Die WP erzeugt bei zu geringer Solarleistung (unter 40 °C Vorlauftemperatur) stets die benötigten Temperaturen für ein Niedertemperatur-Flächenheizsystem im Pufferspeicher. Dies erlaubt einen hohen Wirkungsgrad der WP aufgrund der geringen Temperaturdifferenz.
Zweiter Speicher
Um die Solarpaneele besser nutzen zu können, wird bei Wärmeangebot im Bereich unter 40 °C diese Wärme in einem zweiten Pufferspeicher gesammelt. Dieser Speicher ist als Eck-Speicher ausgebildet und nutzt den sonst verschwendeten Raum zwischen rundem Pufferspeicher und der Wandecke. Mit 700 l Inhalt bietet er der Wärmepumpe bei Bedarf für mehrere Stunden ein angehobenes Temperaturniveau am Verdampfer. Wird mehr Wärme benötigt als solarthermisch verfügbar ist, schaltet die Wärmepumpe auf Eingangsquellen wie Luft-, Erd- oder Wasserwärmetauscher um. Da z. B. Luft auch im Winter bis ca. 22.00 Uhr noch vom Tage her leicht erwärmt ist, wird der 700 l-Pufferspeicher erst in der zweiten Nachthälfte für Heizzwecke der WP zugeschaltet. So erreicht man immer den bestmöglichen Wirkungsgrad. Funktionen wie z. B. Umschalten sowie die Verteilung der Wärmeströme auf die Komponenten übernimmt die integrierte Steuerung.
