Bedingung und Voraussetzung für die Benutzung dieses Handbuchs

Alle Informationen dieses Handbuchs stellen den neuesten Stand zum heutigen Zeitpunkt dar. Eine Haftung oder Garantie über Aktualität, Richtig- und Vollständigkeit der zur Verfügung gestellten Informationen und Daten wird seitens Glen Dimplex Deutschland nicht übernommen. Sämtliche Ansprüche auf Schadenersatz werden ausgeschlossen. Soweit dies gesetzlich nicht möglich ist, werden diese Ansprüche auf grobe Fahrlässigkeit und Vorsatz beschränkt.

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Einleitung

Das vorliegende Projektierungshandbuch (PHB) vermittelt die wichtigsten Informationen im Zusammenhang mit der Planung, dem Betrieb und dem Aufbau einer Wärmepumpenanlage. Es dient als Nachschlagewerk für den Planer und Installateur, kann aber ebenso als Unterlage bei Ausbildung oder zur Vorbereitung auf ein Technik- bzw. Beratungsgespräch verwendet werden. Es kann und soll technisches Fachwissen nicht ersetzen. Jedem Anwender obliegt die sorgfältige Überprüfung der von ihm verwendeten Informationen, insbesondere auf Aktualität, Richtig- und Vollständigkeit.

Hinweise zur Nutzung:

Die in diesem Handbuch enthaltenen Darstellungen und Beschreibungen dienen dazu ein Verständnis für alle in einer Wärmepumpenanlage enthaltenen Komponenten zu entwickeln. Die Abbildungen, Schemen sind daher auf das wesentliche konzentriert und nicht als vollständige Montageanweisung zu verstehen.

Diese finden sich in den Produktunterlagen der jeweiligen Wärmepumpe oder des Anlagenzubehörs, den gerätebezogenen Planungsunterlagen oder den elektrischen bzw. hydraulischen Einbindungsschemen.

Des weiteren wurden Hinweise zur handwerklichen Umsetzung nur dann in diesem Handbuch aufgenommen, wenn bei einer Installation einer Wärmepumpenanlage spezifische Besonderheiten zu beachten sind.

1.1 Warum eine Wärmepumpe?

Der hohe Anteil fossiler Energieträger an unserer Energieversorgung hat schwerwiegende Folgen für unsere Umwelt. Bei deren Verbrennung werden neben großen Mengen Kohlendioxid auch weitere Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid, Partikel z.B. Ruß und Stickoxide in großen Mengen freigesetzt.

Die Raumheizung mit fossilen Energieträgern trägt erheblich zum Schadstoffausstoß bei, da aufwändige Abgasreinigungsmaßnahmen – wie in modernen Kraftwerken – nicht vorgesehen sind. Aufgrund der begrenzten Vorräte an Öl und Gas ist der hohe Anteil der fossilen Energieträger an unserer Energieversorgung problematisch.

Im Laufe der nächsten Jahrzehnte wird der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger zur Erzeugung elektrischer Energie hin zu regenerativer Energieerzeugung weiter voran getrieben werden.

Da die Wärmepumpe nur einen geringen Anteil an Strom benötigt, um die aus Luft, Wasser oder Erde gewonnenen Wärme so weit zu temperieren, dass sie für Heizzwecke nutzbar ist, wartet sie mit einer deutlich geringeren Verlustrate auf, als Öl- oder Gasheizungen.

Eine Wärmepumpe ist mehr als nur eine Heizung. Die Vorteile einer Wärmepumpe im Überblick:

• mehr Effizienz

  • EU-Energielabel: Nur Wärmepumpen und Wärmepumpensysteme erreichen durchweg höchste Label-Klassen.

  • Energieeinsparverordnung (EnEV): Häuser mit Wärmepumpe erfüllen heute und in Zukunft spielend die verschärften energetischen Standards.

  • Die jährlichen Betriebskosten einer Wärmepumpe sind äußerst gering. Diese sind zu einem geringen Prozentsatz an die Strompreise gekoppelt.

  • Spezielle kostengünstige Stromtarife sind erhältlich.

• mehr Klimaschutz

  • Wärmepumpen verursachen deutlich weniger CO2-Emissionen als ein konventioneller Heizkessel (um bis zu 90 Prozent geringer als bei Gas- und Ölheizungen).

  • Strom wird immer grüner – und mit ihm die Wärmepumpe.

  • Energielieferant ist umweltfreundlich und nahezu unerschöpflich.

• mehr Unabhängigkeit

  • individuell (PV-Eigenverbrauch, Power-to-Heat / thermische Speicherung)

  • für ganz Deutschland durch weniger Öl- und Erdgasimporte

  • Wärmepumpen sind nahezu wartungsfrei.

  • Die Betriebssicherheit von Wärmepumpen ist sehr hoch.

• mehr Lebensqualität

  • behagliche Wärme und komfortable Kühlung in einem Gerät

  • sauberer Energieträger, platzsparende Technik

  • kann zum Heizen für nahezu jede Gebäudeart verwendet werden

1.1.1 Was macht die Wärmepumpe?

Die Wärmepumpe ist ein „Transportgerät", das die kostenlos zur Verfügung stehende Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau bringt.

1.1.2 Wie wandelt die Wärmepumpe Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um?

Sie entzieht der Umgebung – Erdreich, Wasser (z.B. Grundwasser) und Luft (z.B. Außenluft) – gespeicherte Sonnenwärme und gibt diese zusätzlich zur Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.

Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Sie fließt immer von einem Körper hoher Temperatur zu einem Körper mit niedrigerer Temperatur (Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre). Daher muss die Wärmepumpe die aufgenommene Wärmeenergie aus der Umgebung unter Einsatz von hochwertiger Energie – z.B. Strom für den Antriebsmotor – auf ein zum Heizen und Warmwasserbereiten notwendiges Temperaturniveau bringen.

Eigentlich arbeitet die Wärmepumpe wie ein Kühlschrank. Das heißt mit gleicher Technik, aber mit umgekehrtem Nutzen. Sie entzieht einer kalten Umgebung Wärme, die zum Heizen und Warmwasserbereiten genutzt werden kann.

1.2 Begriffe

1.2.1 Abtauung

Regelroutine zur Beseitigung von Reif und Eis an Verdampfern von Luft/Wasser-Wärmepumpen durch Wärmezufuhr. Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Kreislaufumkehrung zeichnen sich durch eine bedarfsgerechte, schnelle und energieeffiziente Abtauung aus.

1.2.2 Bivalent-paralleler Betrieb

Die bivalente Betriebsweise (heute üblicherweise der bivalent-parallele Betrieb) funktioniert mit zwei Wärmeerzeugern (zwei Energieträger), d.h. die Wärmepumpe deckt den Wärmeleistungsbedarf bis zur ermittelten Grenztemperatur und wird dann parallel durch einen zweiten Energieerzeuger unterstützt.

1.2.3 Bivalent-regenerativer Betrieb

Die bivalent regenerative Betriebsweise ermöglicht die Einbindung regenerativer Wärmeerzeuger wie Holz oder thermische Solarenergie. Steht Energie aus erneuerbaren Energien zur Verfügung, so wird die Wärmepumpe gesperrt und die aktuelle Heizungs-, Warmwasser- oder Schwimmbadanforderung aus dem regenerativen Speicher bedient.

1.2.4 Carnot-Leistungszahl

Der ideale Vergleichsprozess aller Wärme-Arbeitsprozesse ist der Carnot-Prozess. Für diesen idealen (gedachten) Prozess ergibt sich der theoretische Wirkungsgrad bzw. im Vergleich mit der Wärmepumpe die theoretisch größte Leistungszahl. Die Carnot-Leistungszahl setzt nur die reine Temperaturdifferenz zwischen der warmen und der kalten Seite an.

1.2.5 CO₂-Äquivalent (Treibhauspotential - GWP)

Das Treibhauspotential (auch Global Warming Potential GWP) oder CO₂-Äquivalent einer chemischen Verbindung ist eine Maßzahl für ihren relativen Beitrag zum Treibhauseffekt, also ihre mittlere Erwärmungswirkung der Erdatmosphäre über einen bestimmten Zeitraum (in der Regel 100 Jahre). Sie gibt damit an, wie viel eine bestimmte Masse eines Treibhausgases im Vergleich zur gleichen Masse CO₂ zur globalen Erwärmung beiträgt.

Beispielsweise beträgt das CO₂-Äquivalent für Methan bei einem Zeithorizont von 100 Jahren 28; das bedeutet, dass ein Kilogramm Methan innerhalb der ersten 100 Jahre nach der Freisetzung 28-mal so stark zum Treibhauseffekt beiträgt wie ein Kilogramm CO₂. Bei Distickstoffmonoxid beträgt dieser Wert 265.

1.2.6 D-A-CH Gütesiegel

Zertifikat für Wärmepumpen in Deutschland (D), Österreich (A) und der Schweiz (CH), die bestimmte technische Anforderungen erfüllen, eine Garantie von 2 Jahren haben, eine Verfügbarkeit der Ersatzteile von 10 Jahren gewährleisten und deren Hersteller über ein flächendeckendes Kundendienstnetz verfügt. Außerdem wird mit dem Gütesiegel die Serienmäßigkeit einer Wärmepumpenbaureihe bescheinigt.

1.2.7 EnEV

Die Energieeinsparverordnung (EnEV) regelt in Deutschland Maßnahmen zur Einsparung von Energie in Gebäuden. Neben grundsätzlichen Anforderungen an neu zu errichtende Gebäude, werden auch Fristen für den Austausch veralteter Heiztechnik festgelegt.

1.2.8 Energieeffizienz

Energieeffizienz ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines bestimmten Nutzens. Ein Vorgang ist also dann effizient, wenn ein bestimmter Nutzen mit minimalem Energieaufwand erreicht wird. Für die Heizungstechnik bedeutet dies: „Behagliche Raumtemperaturen mit minimalem Energieeinsatz."

Die Energieeffizienz eines Gebäudes (Heizung und Trinkwassererwärmung) wird in der Größe „Primärenergie" ausgedrückt, da diese im Gegensatz zum Endenergiebedarf – also der Energiemenge (Liter Heizöl / m³ Erdgas / kWh Strom), die man bei seinem Energieversorger einkauft – auch die vorgelagerte Prozesskette berücksichtigt. So umfasst der Primärenergiebedarf auch die Energie, die bei Gewinnung, Umwandlung und Verteilung des Energieträgers benötigt wurde.

Um den Energiebedarf und die energetische Qualität verschiedener Gebäude vergleichbar zu machen, wird der Primärenergiebedarf auf die Wohnfläche eines Hauses umgelegt. So regelt die Energieeinsparverordnung (EnEV), wie viel Primärenergie pro Quadratmeter und Jahr (kWh/(m²a)) ein neu errichtetes Gebäude maximal für Heizung und Trinkwassererwärmung verbrauchen darf.

1.2.9 Energy-Label

Um eine Vergleichbarkeit von verschiedenen Wärmeerzeugern, die unterschiedliche Heizenergieträger nutzen, herzustellen, erfolgt die Einteilung der unterschiedlichen Raum- und Kombiheizgeräte und Warmwasserbereiter in die jeweiligen Energieeffizienzklassen anhand der jahreszeitbedingten Raumheizungs- Energieeffizienz bzw. der Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz, letztere abhängig vom Lastprofil.

Zur Berechnung der jahreszeitbedingten Raumheizungs- bzw. Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz wird der durch das Heizgerät oder die Anlage gedeckte Wärmebedarf in Bezug zu dem dazu benötigten Jahresenergiebedarf gesetzt. Der sich daraus ergebende Prozentwert bestimmt die erreichte Effizienzklasse.

Um die verschiedenen Wärmeerzeuger vergleichbar zu machen, werden sie anhand der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz bzw. der Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz in die jeweiligen Energieeffizienzklassen eingeteilt.

Beim EU-Energielabel erreichen nur Wärmepumpen und Wärmepumpensysteme die höchste Effizienzklasse. Schon heute verursacht eine Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 2,14 oder besser weniger CO2-Emissionen als ein handelsüblicher Gas-Brennwertkessel mit einem Wirkungsgrad von 90 %. Und weil der Anteil regenerativ erzeugten Stroms in unseren Netzen weiter zunimmt, wird eine Wärmepumpe im Laufe der Jahre noch klimafreundlicher.

1.2.10 Energy-Label Übersicht:

1.2.10.1 Produktlabel und Verbundanlagenlabel

Grundsätzlich unterscheidet man Produktlabel, die ausschließlich der Hersteller ausstellt, und Verbundanlagenlabel. Produktlabel gibt es nur für die reinen Wärmeerzeuger, also z.B. Warmwasser-Wärmepumpen, Wärmepumpen für Raumheizung und Trinkwassererwärmung oder Brennwertkessel. Bei einer Verbundanlage werden diese mit einer oder mehreren Zusatzkomponenten kombiniert. Verbundanlagenlabel können von Herstellern, Großhändlern oder Handwerkern ausgestellt werden.
Stichtage

Abb. 0.1: Übersichtstabelle Anpassung der Energy-Label

1.2.10.2 Übersicht: EU-Energielabel kompakt

Für die verpflichtende Verwendung der Energielabel gibt es drei unterschiedliche Stichtage, da eine schrittweise Verschärfung der Effizienzskalen für die Produktlabel von Raumheizgeräten und Warmwasserbereiter vorgesehen ist.

• Ab dem 26. September 2015 müssen alle Raumheizgeräte ein Produktlabel tragen, dessen Effizienzskala die Klassen A++ bis G umfasst. Für die Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz von Kombiheizgeräten und für reine Warmwasserbereiter wird eine Skala mit den Klassen A bis G zur Pflicht.

• Ab dem 26. September 2017 wird für reine Warmwasserbereiter ein Produktlabel zur Pflicht, das die Effizienzklassen A+ bis F umfasst.

• Ab dem 26. September 2019 müssen auch Raumheizungen das „Etikett II", das die Klassen A+++ bis D umfasst, tragen. Zudem umfasst die Skala für die Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz von Kombiheizgeräten nun auch die Klassen A+ bis F.

• Die Energy-Label-Klassen für Verbundanlagen umfassen ab dem 26. September 2015 sowohl für Raum- und Kombiheizgeräte als auch Warmwasser-Bereiter die Klassen A+++ bis G.

Ab dem Stichtag 26. September 2015 müssen Raumheizgeräte, Kombiheizgeräte, reine Warmwasserbereiter und Verbundanlagen ein Effizienzlabel tragen. Alle Raumheizgeräte müssen ab diesem Stichtag die Effizienzklassen A++ bis G ausweisen. Die Label für Verbundanlagen tragen bereits ab diesem Tag die Effizienzklassen A+++ bis G.

1.2.10.3 Welche Geräte sind vom Energy-Label betroffen

Damit ein Vergleich verschiedener Technologien möglich wird, fassen die EU-Richtlinien zur Energieverbrauchskennzeichnung und zu Ökodesign bestimmte Produktgruppen in sogenannten „Losen" zusammen. Mit der Novelle der Richtlinien werden nun nicht nur energieverbrauchende, sondern auch energieverbrauchsrelevante Produkte (ErP) betrachtet.

Das Los 1 betrifft Raum- und Kombiheizgeräte sowie Verbundanlagen aus diesen Geräten und weiteren Komponenten. Vom Labeling betroffen sind Geräte und Anlagen zur Raumheizung oder zur kombinierten Raumheizung und Trinkwassererwärmung mit einer Wärmenennleistung bis 70 kW.

Die Vorschriften im Los 2 gelten für Warmwasserbereiter mit einer Wärmenennleistung bis 70 kW und für Warmwasserspeicher mit einem Speichervolumen von höchstens 500 Litern. Außerdem betreffen die Vorgaben auch Kombinationen („Verbundanlagen") aus Warmwasserbereitern mit einer Wärmenennleistung bis 70 kW und Solareinrichtungen.

Unter den Anwendungsbereich der beiden Lose fallen neben Wärmepumpen und Niedertemperatur-Wärmepumpen auch fossil befeuerte Heizkessel (Erdgas/Heizöl) und KWK (Kraft-Wärme-Kopplung) -Anlagen. Heizkessel für feste Brennstoffe (Holz, Pellets) fallen nicht unter diese Regulierungen und können daher nicht mit den anderen Technologien verglichen werden.

1.2.10.4 Verbundanlagenlabel

Verbundanlagen sind immer eine Kombination aus dem jeweiligen Raumheizgerät, Kombiheizgerät oder Warmwasserbereiter und einer oder mehrerer der folgenden Komponenten:

• Temperaturregler

• thermische Solaranlage

• Speicher

• zusätzlicher Wärmeerzeuger

Verbundanlagen erreichen in der Regel höhere Effizienzwerte als durch die Produktlabel der reinen Wärmeerzeuger ausgewiesen sind. So kann z.B. auch mit einem Brennwertkessel, der aus physikalischen Gründen alleinstehend maximal eine Effizienzklasse A erreichen kann, in Kombination mit Temperaturregler und Solaranlage eine Effizienzklasse A+ erreicht werden. Aber auch Verschlechterungen sind denkbar, etwa bei einer Wärmepumpe, die mit fossiler Heiztechnik als zusätzlichem Wärmeerzeuger kombiniert wird.

Die Label für die Verbundanlagen können von den Herstellern, dem Großhandel und dem Fachhandwerk ausgestellt werden. Bereits bei der Angebotserstellung sind Angaben zur Effizienzklasse notwendig. Die zur Berechnung erforderlichen Daten müssen von den Herstellern der einzelnen Produkte bzw. Komponenten bereitgestellt werden.

Insgesamt gibt es allein für Raum- und Kombiheizgeräte 14 unterschiedliche Label für die einzelnen Technologien und Verbundanlagen. Was auf den einzelnen Labeln zu erkennen ist, wird im folgenden am Beispiel der Etiketten für Wärmepumpen erläutert.

Weil es sich bei einer Wärmepumpe mit intelligenter Steuerung per Definition um eine Verbundanlage handelt, werden die meisten Wärmepumpen – obschon optisch ein einziges Gerät – in der Praxis mit zwei Labeln geliefert werden. Eine Wärmepumpe mit intelligenter Steuerung wird beispielsweise gleichzeitig mit A+ oder A++ auf dem Produktlabel und mit A+++ auf dem Verbundanlagenlabel gekennzeichnet.

1.2.10.5 Label für Raumheizgeräte (Produktlabel)

Neben Angaben zu Hersteller und Modell müssen auf dem Produktlabel auch die Energieeffizienzklassen, die Wärmenennleistungen (für durchschnittliche, wärmere und kältere Klimaverhältnisse) und Angaben zu den Schallleistungspegeln enthalten sein.

Abb. 0.2: Produktlabel (Etikett I) für ein Raumheizgerät mit Wärmepumpe (ab September 2015)

1.2.10.6 Label für Kombiheizgeräte (Produktlabel)

Die Etiketten für Wärmepumpen zur kombinierten Raumheizung und Trinkwassererwärmung enthalten neben der Spalte für die Raumheizungs-Energieeffizienz auch noch eine Spalte für die Warmwasserbereitungs-Energieeffizienz, die beim Etikett I von A bis G sowie beim Etikett II von A+ bis F reicht.

1.2.10.7 Label für Verbundanlagen

Anders als die Produktlabel umfassen die Effizienzskalen der Verbundanlagenlabel für Heizgeräte und Warmwasserbereiter bereits ab dem 26. September 2015 die Klassen A+++ bis G. Die hier angegebene Effizienzklasse bezieht sich auf die gesamte Verbundanlage, die außer der Wärmepumpe auch einen Temperaturregler, eine thermische Solaranlage, einen Speicher und ein weiteres Raumheizgerät enthalten kann.

Abb. 0.5: Label für Verbundanlagen aus Raumheizgeräten und weiteren Komponenten (ab September 2015)

1.2.10.8 Effizienzvergleich Systeme und Produkte

_{*jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz für alle Raumheizgeräte in Kombination mit Temperaturregler Klasse VIII}

Abb. 0.6: Effizienzvergleich verschiedener Wärmeerzeuger

1.2.11 EVU-Sperrzeiten

Die Nutzung von Wärmepumpen-Sondertarifen der jeweiligen örtlichen EVU bedingt eine vom EVU abschaltbare Lieferung von elektrischer Energie. Die Stromzufuhr kann z.B. für 3 x 2 Stunden innerhalb von 24 Stunden unterbrochen werden. Daher muss die Tagesheizarbeit (Tageswärmemenge) innerhalb jener Zeit, in welcher elektrische Energie verfügbar ist, aufgebracht werden.

1.2.12 Expansionsventil

Bauteil der Wärmepumpe zwischen Verflüssiger und Verdampfer zur Absenkung des Verflüssigungsdruckes auf den der Verdampfungstemperatur entsprechenden Verdampfungsdruck. Zusätzlich regelt das Expansionsventil die Einspritzmenge des Kältemittels in Abhängigkeit von der Verdampferleistung.

1.2.13 Grenztemperatur / Bivalenzpunkt

Außentemperatur, bei der der 2. Wärmeerzeuger im monoenergetischen (Elektroheizstab) und bivalenten Parallelbetrieb (z.B. Heizkessel) bedarfsabhängig zugeschaltet wird und die Wärmeanforderung des Hauses gemeinsam bedient.

1.2.14 Inverter

Das Inverter-Prinzip beruht darauf, dass die Arbeitsleistung des Wärmepumpen-Kompressors durch einen Frequenzumrichter ("Inverter") gesteuert wird. Diese Betriebsweise wird auch Modulation bzw. die entsprechenden Wärmepumpen modulierende Wärmepumpen genannt.

Inverter dienen in Wärmepumpen zur stufenlosen Leistungsregelung je nach Heizwärmebedarf. Über die Variation der Wechselstromfrequenz dreht sich der Kompressor-Motor schneller oder langsamer. Dadurch arbeiten leistungsgeregelte Wärmepumpen immer am optimalen Betriebspunkt und produzieren zu jedem Zeitpunkt genau so viel Wärme wie benötigt wird.

Abb. 0.7 : Vergleich Inverter- und „On-Off"-Wärmepumpen

Herkömmliche Wärmepumpen ohne Frequenzregelung beziehungsweise Inverter (Fix-Speed-Wärmepumpen) schalten sich bei Wärmebedarf ein und laufen unter Volllast. Ist die Anforderung erreicht bzw. die gewünschte Wärmemenge produziert, schaltet sich die Wärmepumpe wieder aus. Eine Wärmepumpe mit Inverter hingegen passt ihre Leistung stufenlos dem Bedarf an, sodass sie nicht mit der vollen Wärmepumpenleistung arbeitet, sondern immer nur mit der Leistung, die für das Anforderungsniveau ausreicht.

1.2.15 Jahresarbeitszahl

Das Verhältnis zwischen der innerhalb eines Jahres von der Wärmepumpenanlage abgegebenen Wärmeenergiemenge und zugeführten elektrischen Energiemenge entspricht der Jahresarbeitszahl. Sie bezieht sich auf eine bestimmte Anlage unter Berücksichtigung der Auslegung der Heizungsanlage (Temperaturniveau und -differenz) und darf nicht der Leistungszahl gleichgesetzt werden.

1.2.16 Jahresaufwandszahl

Die Aufwandszahl entspricht dem Kehrwert der Arbeitszahl. Die Jahresaufwandszahl gibt an, welcher Aufwand (z.B. elektrische Energie) notwendig ist, um einen bestimmten Nutzen (z.B. Heizenergie) zu erzielen. Die Jahresaufwandszahl beinhaltet auch die Energie für Hilfsantriebe. Für die Berechnung der Jahresaufwandszahl besteht die VDI-Richtlinie VDI 4650.

1.2.17 Kälteleistung

Wärmemenge, die der Umgebung durch den Verdampfer einer Wärmepumpe entzogen wird. Die Heizleistung des Verdichters ergibt sich aus der elektrischen Leistungsaufnahme und der zugeführten Kälteleistung.

1.2.18 Kältemittel

Als Kältemittel wird der Arbeitsstoff einer Kältemaschine bzw. Wärmepumpe bezeichnet. Das Kältemittel ist als Fluid gekennzeichnet, das zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage eingesetzt wird und das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt. Als Sicherheits-Kältemittel bezeichnet man Kältemittel, die nicht giftig und nicht brennbar sind.

Tab. 0.1: Stofftabelle: Handelsübliche Kältemittel für Wärmepumpen

1.2.19 Leistungszahl (COP = Coefficient of Performance)

Das Verhältnis zwischen der von der Wärmepumpe abgegebenen Wärmeleistung und der aufgenommenen elektrischen Leistung wird durch die Leistungszahl ausgedrückt, die unter genormten Randbedingungen (z.B. bei Luft A2/W35, A2= Lufteintrittstemperatur +2 °C, W35= Vorlauftemperatur Heizwasser 35 °C und anteiliger Pumpenleistung) im Labor nach EN 255 /EN 14511 gemessen wird. Eine Leistungszahl von 3,2 bedeutet daher, dass das 3,2-fache der eingesetzten elektrischen Leistung als nutzbare Wärmeleistung zur Verfügung steht.

1.2.20 Iog p,h-Diagramm

Grafische Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften (Enthalpie, Druck, Temperatur) von Arbeitsmedien.

1.2.21 Monoenergetischer Betrieb

Im Prinzip ist die monoenergetische Betriebsweise eine bivalent-parallele Betriebsweise, bei der nur ein Energieträger eingesetzt wird, üblicherweise Elektrizität. Die Wärmepumpe deckt einen Großteil der benötigten Wärmeleistung ab. An wenigen Tagen ergänzt bei tiefen Außentemperaturen ein elektrischer Heizstab die Wärmepumpe.

Die Dimensionierung der Wärmepumpe erfolgt für Luft/Wasser-Wärmepumpen in der Regel auf eine Grenztemperatur (auch Bivalenzpunkt genannt) von ca. 5 °C.

1.2.22 Monovalenter Betrieb

Diese Betriebsart deckt den Wärmebedarf des Gebäudes das ganze Jahr über zu hundert Prozent allein. Dieser Anwendungsart sollte, soweit möglich, der Vorzug gegeben werden.

Üblicherweise werden Sole/Wasser- oder Wasser/Wasser-Wärmepumpen monovalent betrieben.

1.2.23 Pufferspeicher

Der Einbau eines Heizwasser-Pufferspeichers ist grundsätzlich zu empfehlen, um die Laufzeiten der Wärmepumpe bei geringer Wärmeanforderung zu verlängern. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen ist ein Pufferspeicher zwingend erforderlich, um im Abtaubetrieb (Regelroutine zur Beseitigung von Reif und Eis am Verdampfer) eine Mindestlaufzeit von 10 Minuten zu gewährleisten.

1.2.24 SCOP

Abkürzung für „Seasonal Coefficient of Performance". Der SCOP gibt die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe innerhalb verschiedener Betriebszustände an, die nach Klimazonen gewichtet sind. Hier werden für den Heizbetrieb die Außentemperaturen 12°, 7°, 2° und –7° Celsius für die Messung angesetzt. Durch die zusätzliche Einteilung in drei Klimazonen Nord-, Mittel- und Südeuropa ist eine noch präzisere Bewertung der Leistungseffizienz möglich.

Der SCOP kann anhand der nachfolgenden Gleichung über den eta(s)-Wert umgerechnet werden:

eta(s) = 1/2,5 x SCOP x 100 -3

1.2.25 SG Ready

Das „SG Ready"-Label bezieht sich auf die Wärmepumpe/Baureihe inklusive der zu deren Steuerung eingesetzten Regelungstechnik, sowie Schnittstellen-kompatible Systemkomponenten. Das Label wird für Deutschland, Österreich und die Schweiz vergeben.

Das SG Ready-Label hilft, Wärmepumpen zu identifizieren, die über eine definierte Schnittstelle zwecks Lastmanagement zur Netzdienlichkeit angesprochen werden können. Diese Schnittstelle kann beispielsweise von Netzbetreibern zur Steuerung des Geräts verwendet werden. Ebenso kann die Schnittstelle beispielsweise für die Steuerung zum Ziel eines möglichst hohen Eigenverbrauchs in Kombination mit einer Photovoltaikanlage verwendet werden.

Anforderungen für das SG Ready-Label

Heizungs-Wärmepumpen
Heizungswärmepumpen müssen über einen Regler verfügen, der vier Betriebszustände abdeckt:
Betriebszustand 1 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung: 1:0): Dieser Betriebszustand ist abwärtskompatibel zur häufig zu festen Uhrzeiten geschalteten EVU-Sperre und umfasst maximal 2 Stunden „harte" Sperrzeit. 
Betriebszustand 2 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösungen: 0:0):In dieser Schaltung läuft die Wärmepumpe im energieffizienten Normalbetrieb mit anteiliger Wärmespeicher-Füllung für die  maximal zweistündige EVU-Sperre. 
Betriebszustand 3 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 0:1): In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe innerhalb des Reglers im verstärkten Betrieb für Raumheizung und Warmwasserbereitung. Es handelt sich dabei nicht um einen definitiven Anlaufbefehl, sondern um eine Einschaltempfehlung entsprechend der heutigen Anhebung. 
Betriebszustand 4 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 1:1): Hierbei handelt es sich um einen definitiven Anlaufbefehl, insofern dieser im Rahmen der Regeleinstellungen möglich ist. Für diesen Betriebszustand müssen für verschiedene Tarif- und Nutzungsmodelle verschiedene Regelungsmodelle am Regler einstellbar sein:

Variante 1: Die Wärmepumpe (Verdichter) wird aktiv eingeschaltet.

Variante 2: Die Wärmepumpe (Verdichter und elektrische Zusatzheizungen) wird aktiv eingeschaltet, optional: höhere Temperatur in den Wärmespeichern. Optional kann die Raumtemperatur als Führungsgröße für die Regelung der Systemtemperaturen (Vor- bzw. Rücklauftemperatur) herangezogen werden. Eine Sperrung der Wärmepumpe durch einen Raumthermostaten in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ist nicht ausreichend.

Brauchwasser-Wärmepumpen

Warmwasserwärmepumpen müssen über einen Regler verfügen, welches mittels einer automatischen Ansteuerung eine Erhöhung der Warmwasser-Solltemperatur zum Zweck der thermischen Speicherung ermöglicht.

1.2.26 Schall

Im Wesentlichen werden die zwei Arten Luftschall und Körperschall unterschieden. Luftschall ist ein sich über die Luft ausbreitender Schall. Körperschall breitet sich in festen Stoffen oder Flüssigkeiten aus und wird teilweise als Luftschall abgestrahlt. Der Hörbereich des Schalls liegt zwischen 16 und 16000 Hz.

1.2.27 Schalldruckpegel

Der Schalldruckpegel, gemessen in der Umgebung, ist keine maschinenspezifische Größe, sondern eine vom Messabstand und Messstandort abhängige Größe.

1.2.28 Schallleistungspegel

Der Schallleistungspegel ist eine spezifische, maschineneigene und vergleichbare Kenngröße für die abgestrahlte akustische Leistung einer Wärmepumpe. Die zu erwartenden Schallimmissionspegel bei bestimmten Entfernungsabständen und akustischem Umfeld können abgeschätzt werden. Die Norm sieht den Schallleistungspegel als Geräuschkennzeichnungswert vor.

1.2.29 Sole/Soleflüssigkeit

Frostsicheres Gemisch aus Wasser und Frostschutzkonzentrat auf Glykol-Basis für den Einsatz in Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden.

1.2.30 Verdampfer

Wärmeaustauscher einer Wärmepumpe, in dem ein Wärmestrom durch Verdampfen eines Arbeitsmediums der Wärmequelle (Luft, Grundwasser, Erdreich) bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck entzogen wird.

1.2.31 Verdichter (Kompressor)

Maschine zur mechanischen Förderung und Verdichtung von Gasen. Durch Komprimierung steigt der Druck und die Temperatur des Kältemittels deutlich an.

1.2.32 Verflüssiger

Wärmetauscher einer Wärmepumpe, in dem ein Wärmestrom durch Verflüssigung eines Arbeitsmediums abgegeben wird.

1.2.33 Wärmebedarfsberechnung (Heizlast)

Bei Wärmepumpen-Anlagen ist eine genaue Dimensionierung unbedingt erforderlich, da eine überdimensionierte Anlage erhöhte Energiekosten verursachen und die Effizienz negativ beeinträchtigen würde. Die Ermittlung des Wärmebedarfs erfolgt nach landesspezifischen Normen.

Der spezifische Wärmebedarf (W/m²) wird mit der zu beheizenden Wohnfläche multipliziert. Das Ergebnis ist der gesamte Wärmebedarf, welcher sowohl den Transmissions- als auch den Lüftungswärmebedarf beinhaltet.

1.2.34 Wärmenutzungsanlage

Die Wärmenutzungsanlage hat entscheidenden Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpen-Heizungsanlage und sollte mit möglichst niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Sie besteht aus der Einrichtung zum Transport des Wärmeträgers von der warmen Seite der Wärmepumpe zu den Wärmeverbrauchern. Im Einfamilienhaus besteht sie z.B. aus dem Rohrleitungsnetz zur Wärmeverteilung, der Niedertemperaturheizung bzw. den Heizkörpern einschließlich aller Zusatzeinrichtungen.

1.2.35 Wärmepumpen-Anlage

Eine Wärmepumpenanlage besteht aus der Wärmepumpe und der Wärmequellenanlage. Bei Sole- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen muss die Wärmequellenanlage separat erschlossen werden.

1.2.36 Wärmepumpen-Heizungsanlage

Gesamtanlage, bestehend aus der Wärmequellenanlage, der Wärmepumpe und der Wärmenutzungsanlage.

1.2.37 Wärmequelle

Medium, dem mit der Wärmepumpe Wärme entzogen wird.

1.2.38 Wärmequellenanlage (WQA)

Einrichtung zum Entzug der Wärme aus einer Wärmequelle und dem Transport des Wärmeträgers zwischen Wärmequelle und Wärmepumpe einschließlich aller Zusatzeinrichtungen.

1.2.39 Wärmeträger

Flüssiges oder gasförmiges Medium (z.B. Wasser, Sole oder Luft), mit dem Wärme transportiert wird.

1.2.40 Wandheizung

Die wasserdurchströmte Wandheizung wirkt wie ein großer Heizkörper und hat die gleichen Vorteile wie eine Fußbodenheizung. In der Regel genügen 25 °C bis 28 °C zur Wärmeübertragung, die überwiegend als Strahlungswärme in den Räume eingebracht wird.

1.3 Formelzeichen

Größe	Symbol	Einheit	Weitere Einheiten (Definition)
Masse	m	kg
Dichte		kg/m3
Zeit	t	s h	1h = 3600s
Volumenstrom	V	m3/s
Massenstrom	m	kg/s
Kraft	F	N	1 N = 1kg m/s2
Druck	p	N/m2; Pa	1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 Pa
Energie, Arbeit, Wärme (-menge)	E, Q	J kWh	1 J = 1 Nm = 1 Ws = 1kg m2/s2 1 kWh = 3600 kJ = 3,6 MJ
Enthalpie	H	J
(Heiz-) Leistung Wärmestrom	P	W kW	1 W = 1 J/s = 1 Nm/s
Temperatur	T	K °C	Absolute Temperatur, Temperaturdifferenz, Temperatur in °Celsius
Schalleistung Schalldruck	LWA LPA	dB (re 1pW) dB (re 20 MikroPa)	Schalldruckpegel Schallleistungspegel
Wirkungsgrad		-
Leistungszahl	(COP)	-	Leistungsziffer
Arbeitszahl	ß	-	z.B. Jahresarbeitszahl
spez. Wärmeeinhalt	c	J/(kg K) kWh/(m3 K)	z.B. c(Wasser) = 4182 J/(kg K) oder 1,1617 kWh/(m3 K)

Tab. 0.2: Tabellenübersicht wichtige Formelzeichen

1.4 Griechische Buchstaben

		Alpha			Iota			Rho
		Beta			Kappa			Sigma
		Gamma			Lambda			Tau
		Delta			Mu			Ypsilon
		Epsilon			Nu			Phi
		Zeta			Xi			Chi
		Eta			Omicron			Psi
		Theta			Pi			Omega

Tab. 0.3: Tabellenübersicht griechische Buchstaben

1.5 Energieinhalte verschiedener Brennstoffe

1. _{Heizwert Hi (früher Hu): Der Heizwert Hi (auch unterer Heizwert genannt) ist die Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird, wenn der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf ungenutzt entweicht}

2. _{Brennwert Hs (früher Ho): Der Brennwert Hs (auch oberer Heizwert genannt) ist die Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird, wenn der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf kondensiert wird und damit die Verdampfungswärme nutzbar vorliegt.}

Tab. 0.4: Energieinhalte verschiedener Brennstoffe

1.6 Umrechnungstabellen

1.6.1 Energieeinheiten

Tab. 0.5: Umrechnungstabelle Energieeinheiten

1.6.2 Leistungseinheiten

Tab. 0.6: Umrechnungstabelle Leistungseinheiten

1.6.3 Druck

Tab. 0.7: Umrechnungstabelle Druckeinheiten

1.6.4 Länge

Tab. 0.8: Umrechnungstabelle Längeneinheiten

1.6.5 Potenzen

Tab. 0.9: Tabellenübersicht Potenzen

1.7 Planungs- und Installationshilfen

1.7.1 Rohrleitungsdimensionierer

Um Druckverluste und damit den Leistungsbedarf für Umwälzpumpen zu minimieren, sind die Rohrleitungsquerschnitte entsprechend groß zu dimensionieren. Als Auslegungskriterium gilt hierfür der spezifische Druckverlust je Meter Rohr und die Fließgeschwindigkeit des Mediums im Rohr, jeweils bezogen auf den Nennvolumenstrom.
Folgende Richtwerte sollten dabei nicht überschritten werden:

• dp_max = 120 Pa/m

• von Rohrleitungen DN 10 bis DN 65 w_max = 0,7 m/s

• von Rohrleitungen DN 80 bis DN 125 w_max = 1,2 m/s

• ab Rohrleitungen DN 150 w_max = 2,0 m/s

Abb. 0.8: Dimplex Rohrleitungsdimensionierer

1.7.2 Kopiervorlage zur experimentellen Ermittlung der tatsächlich benötigten Systemtemperatur

Abb. 0.9: Diagramm zur experimentellen Ermittlung der tatsächlich benötigten Systemtemperatur

Führen Sie die folgenden Schritte während der Heizperiode bei verschiedenen Außentemperaturen durch:

1. Stellen Sie die Raumthermostate in Räumen mit hohem Wärmebedarf (z.B. Bad und Wohnzimmer) auf die höchste Stufe (Ventile vollständig geöffnet!).

2. Reduzieren Sie Vorlauftemperatur am Kessel bzw. am Mischer-Ventil, bis sich die gewünschte Raumtemperatur von ca. 20-22 °C einstellt (Trägheit des Heizsystems beachten!).

3. Notieren Sie die Vor- und Rücklauftemperatur sowie die Außentemperatur in der Tabelle.

4. Übertragen Sie die gemessenen Werte in das Diagramm.

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