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Ausgewählte Ausgabe: 02-2017 Ansicht: Modernes Layout
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EnEV-konforme Bewertung erarbeitet

Sorptions-Gaswärmepumpen können einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der angestrebten Klimaschutzziele leisten. Sie weisen eine hohe Effizienz aus und führen zur Verringerung des Primärenergiebedarfs sowie der Kohlendioxidemissionen. Die Technologie hat in Deutschland dank eines gut ausgebauten Erdgasnetzes und einer verbreiteten Erdgasanwendung im Wärmemarkt ein großes Marktpotenzial. Nur keinen Markt. Warum nicht, fragte unter anderem HLH Frank Draber, Gaswärmepumpen-Experte der Remeha GmbH.


Gaswärmepumpen rechnen mit einem Aufschwung durch die Energiewende. Bei der Absorptionswärmepumpe Gas HP 35 A HT LC handelt es sich um eine gasbetriebene Luft-Wasserwärmepumpe, die im Freien aufgestellt wird. Der Hersteller gibt einen PER (Primary Energy Ratio) von 1,27 bis 1,65 an. Die Fünfer-Kaskade erreicht Heizleistungen von rund 180 kW

Gaswärmepumpen rechnen mit einem Aufschwung durch die Energiewende. Bei der Absorptionswärmepumpe Gas HP 35 A HT LC handelt es sich um eine gasbetriebene Luft-Wasserwärmepumpe, die im Freien aufgestellt wird. Der Hersteller gibt einen PER (Primary Energy Ratio) von 1,27 bis 1,65 an. Die Fünfer-Kaskade erreicht Heizleistungen von rund 180 kW

Für diese Technologie ergeben sich Probleme bei der energetischen Bewertung im Rahmen der Energieeinsparverordnung und der darauf aufbauenden Regelungen, wie zum Beispiel das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz oder die KfW-Effizienzhausförderung“, steht im Forschungsbericht „Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Sorptions-Gaswärmepumpen innerhalb der Systemnormung“ des Instituts für Technische Gebäudeausrüstung ITG, Dresden, verfasst mit Unterstützung des Bundesbauministeriums für die „Forschungsinitiative Zukunft Bau“. Das ITG hat deshalb für die EnEV beziehungsweise für die DIN 18599 einen neuen Ansatz aufgestellt.
Kann der Ansatz im Kontext mit der Energiewende und den Effizienzbestrebungen die Gaswärmepumpe aus ihrem Nischendasein herausholen? Wo liegen ihre Haupeinsatzgebiete und warum sollte man sie bivalent statt monovalent einsetzen? Über diese und andere Punkte sprach HLH mit Frank Draber, sowohl Handlungsbevollmächtigter als auch Leiter Anlagentechnik der Remeha GmbH. Das Unternehmen führt seit acht Jahren eine 40-kW-Gas-Absorptionswärmepumpe im Programm. Draber kennt die Hemmnisse, sieht die aber zukünftig vor dem Hintergrund der verordnungsrechtlichen Nachbesserungen und der angestrebten Energiewende mit energieeffizienten Technologien mehr und mehr schwinden.

Zwei Hürden

HLH: Herr Draber, die Gaswärmepumpe ist in vieler Munde, auch in den Ministerien, die im Verbund mit Biogas in ihr eine Zukunftstechnologie sehen, vielleicht sogar den Nachfolger der Brennwerttechnik. Tatsächlich fristet sie jedoch ein Yeti-Dasein. Das Marktforschungsinstitut Querschießer hat diesen Begriff einmal für Technologien geprägt, von denen alle reden, die aber noch keiner im Einsatz gesehen hat. So vor zehn oder fünfzehn Jahren fristete die mechanische Lüftungstechnik solch ein Dasein. Der geht’s aktuell besser. Heute liest und hört man viel von Gaswärmepumpen, aber es sind nur ein paar tausend im Einsatz. Warum?

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„Wir müssen im Prinzip zwei Hürden überspringen, die Investitionskosten und die Loyalität herkömmlichen Techniken gegenüber“, Frank Draber

Frank Draber: Wir bei Remeha konzentrieren uns auf die Gas-Absorptionswärmepumpe, also auf die mit dem thermischen Verdichter statt dem Kolbenverdichter, wie der in der elektrischen Kompressionswärmepumpe. Das ist aber auch im Prinzip der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Systemen. Zum Entwicklungsstand der Adsorptionswärmepumpe auf Basis eines Zeolith-Adsorbers oder auch einer Gasmotor-Wärmepumpe kann ich nicht viel sagen. Für die gilt aber vermutlich dasselbe: Wir müssen im Prinzip zwei Hürden überspringen: eine wirtschaftliche und eine emotionale. Die Wirtschaftliche ist der Preis. Die Geräte sind relativ teuer. Die Emotionale ist die Art der Technologie für Planung und Handwerk. Beide sind ein Stückweit, sagen wir loyal, den bekannten herkömmlichen Techniken gegenüber. Es bedarf einigen Aufwand, sie mit unbekannten Technologien vertraut und zu Multiplikatoren zu machen, die für solche Entwicklungen Kunden gewinnen. Schwierig ganz besonders in dieser Zeit der Auslastung. Wir haben ein Auftragsniveau erreicht, dass einem Fachhandwerker und einem Planungsbüro letztendlich kaum erlaubt, sich mit für sie neuen Technologien auseinanderzusetzen, mit den Einsatzgebieten, mit den Abgrenzungen.
Neue Technologie – Absorberkühlschränke stehen in jedem Campingfahrzeug und in jeder Yacht. Die sind bekannter Stand der Technik.

Beitrag zur Energiewende

Ihr Beispiel bestätigt ja nur, dass Absorption nichts Neues und sehr gut beherrschbar ist. Es bleibt aber häufig eine Skepsis, auch wenn wir uns noch so bemühen, die Sorgen zu zerstreuen, die hinter solchen Fragen stehen wie ‚Wie hoch ist der Wartungsaufwand?‘ oder ‚Kann ich überhaupt in den Prozess eingreifen, das alles läuft doch hermetisch ab, muss also teuer ausgetauscht werden?‘ usw. Diese Hemmnisse tun sich bei jeder Technologie auf. Sie erwähnten die Regierung. Es ist tatsächlich sehr wichtig, dass die sich zum Fürsprecher solch einer Technologie macht und eine entsprechende Förderung gewährt. Das geschieht jetzt auch. Solch ein wenig bekanntes, aber nachhaltiges Verfahren muss sowohl von oben nach unten publik gemacht als auch vom Markt entsprechend unterstützt werden. Das sind zwei ganz wichtige Kriterien. Der BDH in Köln hat aktuell eine Sparte gebildet, die sich mit Gaswärmepumpen beschäftigt. Diese wertvolle Technologie muss man einfach fördern. Und die verordnungsrechtlichen Voraussetzungen müssen gegeben sein.
Was meinen Sie damit?
Die Gaswärmepumpe wird in den gültigen Vorschriften nicht sauber behandelt. Die gültige EnEV, beziehungsweise die DIN 18599 von Dezember 2011 als der mathematische Kern der EnEV, bildet sie nicht ausreichend ab. Das Bundesbauministerium hat deshalb eine Forschungsarbeit im Rahmen der Initiative „Zukunft Bau“ am Institut für Technische Gebäudeausrüstung ITG in Dresden gefördert. Die Studie hat den Titel „Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Sorptions-Gaswärmepumpen innerhalb der Systemnormung“. Der Abschlussbericht liegt seit Ende 2014 vor. Die Empfehlungen dort sind in die novellierte DIN 18599 eingeflossen, die im Oktober 2016 veröffentlicht wurde. In der Vergangenheit gab es eine Initiative Gaswärmepumpe IGWP, eine Allianz aus Geräteindustrie und Energiewirtschaft. Die Vereinigung hatte bereits verschiedene Feld- und Labortests durchgeführt. Diese Messungen der IGWP dienten dem ITG als Grundlage der Erarbeitung des Berechnungsansatzes für die DIN 18599.
Kommen die Wärmeerzeuger in den gültigen Vorschriften nicht effizient genug oder gut genug weg?

Mal zu gut, mal zu schlecht

Teils, teils, es fehlt eine korrekte Bewertung. Die Gaswärmepumpe kann mal zu gut wegkommen, mal zu schlecht wegkommen. Wir wollen beides nicht. Die Gaswärmepumpe arbeitet mit einem Brennwertheizteil und einem integrierten Wärmepumpenmodul. Eine zu große Wärmepumpe in einem kleinen Haus wird viel zu oft takten beziehungsweise im Teillastbetrieb fahren. Dann verliert sie an Effizienz. Darüber hinaus ist sie nur zwischen 50 und 100 % modulierbar, das heißt, sie taktet häufiger, weil sie kleine Leistungen gar nicht bedienen kann. Berechnungsmäßig käme sie in diesem Fall in der EnEV besser weg, weil die das individuelle Verhalten gar nicht sieht. Davon haben wir aber nichts, weil Reklamationen und Ausfälle beziehungsweise nicht eingelöste Versprechen ihrem Ruf schaden würden.

Normnutzungsgrade

Normnutzungsgrade

Wenn sie dagegen dauerhaft eine Grundlast abdeckt, erkennt das in dem Maße die EnEV nicht an. Sie wird ja beinahe ausschließlich bivalent betrieben, weil, wie gerade gesagt, ihr Modulationsbereich beschränkt ist. Würde man sie auf den Spitzenbedarf auslegen, käme sie in der Übergangszeit nicht weit genug herunter beziehungsweise müsste takten. Und sie würde sich wegen der Übergröße, für die drei oder fünf Tage im Jahr, mit der Amortisation schwer tun. Hocheffizient arbeitet sie dagegen im Grundlastbereich. Diese und andere Verhältnisse gingen aber in die Berechnungsnormen nicht ein. In 2017 wird sich dies hoffentlich ändern.
Dann rechnen Sie mit dem Durchbruch?
Dann rechnen wir zumindest mit einer höheren Akzeptanz, weil eine klare Berechnungsgrundlage vorliegt. Planer und Anlagenbauer müssen heute das Auslegungsrisiko selbst schultern. Das machen verständlicherweise nur ganz wenige. Prof. Dr. Oschatz und seine Mitarbeiterin, Bernadetta Winiewska, haben in dem Forschungsbericht ein Verfahren aufgezeigt, wie man die Gaswärmepumpe EnEV-gerecht rechnen kann. Wie gesagt, das berücksichtigt jetzt die novellierte DIN 18599. Das gibt den Planern Sicherheit, so dass die spezifischen Vorteile der Gaswärmepumpe dem Markt und der Umwelt nicht vorenthalten werden müssen.

Beschränktes Leistungsangebot

Im Umweltministerium sind einige der Ansicht, man solle bei Überschuss-Strom nicht so sehr in Richtung Elektrolyse und methanisiertem Wasserstoff denken, denn das könne eine Abhängigkeit generieren, zu einer Spirale werden und zusätzliche EE-Anlagen und zu verbuddelnde Strippen initiieren. Man solle zunächst einmal alle Möglichkeiten der intelligenten Direktnutzung der Elektrizität abklopfen und ausschöpfen und alle Möglichkeiten der effizienten Nutzung des Erdgases. Die Direktnutzung des Stroms könnte beispielsweise das Abpumpen des Ruhrgebiets sein. Das hat sich ja durch den Kohlebergbau in den letzten 100 Jahren um mindestens 20 m abgesenkt, so dass das Grundwasser Teile der Region überschwemmen würde, wenn nicht weit über 1 000 Pumpen die Zechenlandschaft trocken hielten. Oder die Gruben des Braunkohletagebaus. Die Pumpen müssen nicht jeden Tag laufen, es reicht an sonnigen und windigen Tagen. Wenn wir jetzt Brennwert gegen Gaswärmepumpen tauschen würden und so 50 % sparten, wäre das ein wesentliches Stück Versorgungssicherheit. Bei den Absorptions-Wärmepumpen konzentrieren Sie sich aber auf 40 kW Heizleistung. Wenn Sie den Durchbruch wollen, müssen Sie mehr bieten.
Solche Überlegungen, wie eben von Ihnen geschildert, sollten eine Selbstverständlichkeit sein. Das heißt aber nicht, dass die Erweiterung auf Biogas nicht ebenfalls Vorteile bringt. So sieht das auch der erwähnte Forschungsbericht. Dort schreiben die Verfasser: ‚Anteile erneuerbarer Energie am gesamten Primärenergieeinsatz von bis zu 40 % lassen sich mit Gaswärmepumpen bereits bei einem Biogasanteil von 20 % erreichen. Dies führt zu einer nochmaligen Absenkung von CO2-Emissionen und Primärenergiebedarf.’ 40 % statt 20 %, weil eben der Umweltwärmegewinn noch hinzukommt. Zur Leistung: Momentan wird gerade eine Entwicklung mit 18 kW thermischer Leistung in den Markt gebracht. Das wird ein nächster entscheidender Schritt sein.

Ideal für den Bestand

18 kW klingen nicht unbedingt nach einem Einfamilienhaus.
Wir denken schon an das Einfamilienhaus, aber nicht an den Neubau. Wir denken an den Bestand. Da sehen wir die größte Chance für die Technik. Dort liegt ja bereits Gas, dort steht ein älterer Kessel, der sogar noch als Spitzenlastkessel im Heizraum bleiben könnte. Die Hauptarbeit wird aber die Gaswärmepumpe leisten.
Sie fahren ja meistens mit Außenluft. Bei Frost also der alte Kessel und ab Plustemperaturen die Wärmepumpe?
Ja. Es gibt allerdings auch monovalente Anlagen. Wir bei Remeha unterstützten selbst solch ein System. Wir wollten wissen, was auf uns zukommt, wenn wir die Installation auf eine Außentemperatur von –16 bis minus –20 °C auslegen, also ganz ohne Zusatzwärmeerzeuger. Diese Anlage ist auf den Spitzenbedarf ausgelegt. Sie läuft bei uns jetzt zwei Winter und sie läuft störungsfrei, trotz erhöhter Taktzahl in der Übergangszeit. Aufgestellt haben wir sie in einer Kindertagesstätte. Probleme hat es trotz der Leistung von fast 40 kW bisher nicht gegeben.

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Autoren

Dipl.-Ing. Bernd Genath

freier Journalist, Düsseldorf

Was sich...

...  in der Berechnung ändert

Was stimmt nicht? Im Gegensatz zur Elektrowärmepumpe fällt auf, dass die Vorschriften für eine EnEV-konforme Planung nur ungenügend auf die technologischen Spezifika der GWP eingehen. Das Marktanreizprogramm MAP etwa und das EEWärmeG schreiben zur Bewertung eine Mindestjahresarbeitszahl vor. Die wiederum hängt sowohl von dem Antrieb der Verdichtung – motorisch oder thermisch –, von der Wärmequelle – Luft oder Erdreich – und von weiteren Variablen ab. Die DIN 18599:2011-12 geht darauf jedoch nicht ein. Das mindert für die GWP die Chance auf finanzielle Förderung, vor allem bei einem vorgesehenen Einsatz in Bestandsgebäuden. Der Vorschlag zur energetischen Bewertung von Sorptions-Gaswärmepumpen für die neue DIN V 18599 im Abschlussbericht des Instituts für Gebäudetechnik basiert auf dem in der Ausgabe der DIN V 18599–5 von Dezember 2011 vorhandenen vereinfachten Berechnungsansatz für Sorptions-GWP.
- Gegenüber dem ursprünglichen Ansatz wird eine Vorgehensweise zur Bestimmung des Nutzungsgrades in Abhängigkeit vom Belastungsgrad der GWP vorgeschlagen. Dabei wird aufgrund von den zum Teil unterschiedlichen Betriebscharakteristika zwischen Adsorptions-und Absorptions-Gaswärmepumpen differenziert.
- Gleichzeitig werden neue Eingangsgrößen, wie zum Beispiel untere Modulationsgrenze und die Nennleistung des Wärmepumpenmoduls, berücksichtigt.
- Eine weitere Differenzierung findet hinsichtlich des Verhältnisses der Nennleistung des Wärmepumpenmoduls zur Nennleistung der GWP bei Adsorptions-GWP und der Wärmequelle bei Absorptions-GWP statt.
- Zusätzlich erfolgt eine Korrektur der Quellentemperatur für die Wärmequellen Außenluft und Erdreich.
- Außerdem ist der Einfluss des Betriebsregimes (intermittierend, durchgängig) auf die Effizienz des Gesamtsystems im vorgeschlagenen Bewertungsansatz deutlich zu erkennen, so dass Optimierungsmaßnahmen hinsichtlich der Betriebsweise unter Berücksichtigung der Betriebsspezifika der ausgewählten Gaswärmepumpe in einem konkreten Auslegungsfall durchgeführt werden können.
Durch diese Änderungen werden Effekte wesentlicher Einflussparameter sichtbar gemacht und damit die Planung eines energieeffizienten Wärmepumpeneinsatzes erleichtert. Die Vorschläge haben in der novellierten DIN V 18599 Eingang gefunden, die im Oktober 2016 erschienen ist. Allerdings ist die Neufassung der Norm für die tägliche Praxis zunächst nicht relevant, da sich die aktuelle EnEV ausschließlich auf die DIN V 18599 von Dezember 2011 bezieht, worauf das Öko Zentrum NRW hinweist. So bleiben die Verfahren für EnEV- oder KfW-Nachweise solange unverändert, bis das geplante Gebäudeenergiegesetz, in dem EnEV, EnEG und EEWärmeG zusammengefasst werden, in Kraft tritt und auf die neue DIN V 18599 verwiesen wird. Das Gesetz soll am 1. Januar 2018 in Kraft treten.

Wie dimensionieren?

Der ASUE-Bericht „Gaswärmepumpen“ geht unter anderem auf die Dimensionierung ein: Ein zu kleines Aggregat führt aufgrund der vergleichsweise geringeren Energieeinsparung zu keinem wirtschaftlichen Optimum. Eine zu groß bemessene Anlage neigt dagegen zum Takten, das sich negativ auf Standzeit, Energieeffizienz und Komfort auswirkt. Außerdem verlängert sich durch die höheren Anschaffungskosten und die geringere Auslastung die Amortisationszeit.

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Die Heizleistung der Gaswärmepumpe sollte etwa 30 % der Maximalleitung des Gesamtheizsystems betragen. In diesem Falle deckt die Gaswärmepumpe rund 65 % der Jahresheizarbeit ab, ohne in eine zu hohe Taktfrequenz zu kommen.

Die Jahresdauerlinie zeigt, dass der optimale Heizleistungsanteil der Gaswärmepumpe zwischen 20 und 35 % liegt, das heißt, die Gaswärmepumpe erbringt eine Jahresheizarbeit von etwa 65 %. Der Heizkessel liefert 70 % der Heizleistung und damit ca. 35 % der Jahresheizarbeit. Bei Industrieanwendungen kann die Wärmepumpengröße – je nach Wärmeanforderung – auf einen höheren Leistungsanteil ausgelegt werden, gegebenenfalls sogar bis zu 100 %. Auch bei Hallenschwimmbädern ist es manchmal wirtschaftlicher, die gesamte Heizleistung über die Wärmepumpe abzudecken. Hier ist ihre Hauptaufgabe, die Schwimmbad-Hallenluft ganzjährig zu entfeuchten und mit der zurückgewonnenen Wärme das Bad zu beheizen.
www.asue.de

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