Klimaschäden durch Bestandsgebäude
Etwa 50% der CO2 Emissionen der Hexentalgemeinden stammen aus den Heizungen. Unsere Gebäude werden zum überwiegenden Teil mit Ölbrennern oder Gasthermen beheizt. Pro Gebäude werden typischerweise zwischen 5 und 20 Tonnen CO2 pro Jahr freigesetzt. Wieviel Ihr Gebäude freisetzt hängt von Ihrem Jahresverbrauch in kWh (1 Liter Heizöl enthält 10 kWh) und dem Emissionsfaktor für Ihr Heizungssystem ab. Die Emissionsfaktoren finden sie hier.
Welche Klimafreundlichen Alternativen gibt es?
An erster Stelle steht hier die Wärmepumpe. Durch die Wärmepumpe wird nämlich Umweltwärme als eine unerschöpfliche erneuerbare Energiequelle genutzt, die ansonsten unerschlossen bliebe. Typischerweise können im Jahresmittel aus einer Einheit mechanischer oder elektrischer Energie zusätzlich zwei Einheiten Umweltwärme geschöpft werden. Wärmepumpen brauchen allerdings zum Betrieb Strom. Stammt der aus fossilen Kraftwerken, kann eine Einsparung von Treibhausgas durchaus ins Gegenteil verkehrt werden. Bestandsgebäude müssen für das Beheizen mit Wärmepumpen oft erst ertüchtigt werden.
Wärmepumpen
Die Arbeitszahl (verfügbare Wärmemenge pro eingesetzte elektrische Energie) einer Wärmepumpe hängt entscheidend von drei Faktoren ab
- der benötigten Vorlauftemperatur.
- der Temperatur der benutzten Wärmequelle (Außenluft, Erdsonde, Grundwasser...)
- dem Gütegrad der Wärmepumpe
Wichtig ist auch noch das eingesetzte Kältemittel. Ältere Kältemittel sind klimaschädlich, denn ihre Wirksamkeit als Treibhausgas ist um mehr als den Faktor 1000 größer als die von Kohlendioxid. Inzwischen wird oft das unschädliche Kältemittel R290 (Propan) eingesetzt. Eine weitere unabhängige Kenngröße ist die Nennleistung der Wärmepumpe.
Wie groß ist der Wärmebedarf meines Hauses?
Am sichersten wird der Wärmebedarf durch den gemessenen Verbrauch in Kombination mit der sog. Gradtagszahl ermittelt. Indem man den Jahresverbrauch durch die jahrestypische Gradtagszahl dividiert, erhält man den sog. Gebäudespezifischen Transmissionskoeffizienten (GTK in Watt pro Kelvin) als die für das Gebäude typische Wärmekennzahl. Solare Einstrahlung und weitere innere Energiequellen (z.B. Kaminöfen und Backöfen) werden bei dieser Schätzung nicht explizit berücksichtigt.
Wie kann ich mein Haus für eine Wärmepumpenheizung ertüchtigen?
Ziel ist es eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur für die Heizung zu erreichen. Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto höher ist die Arbeitszahl. Neben dem Gebäudetransmissionskoeffizienten spielt auch die über die Heizkörper verfügbare Wärmeleistung eine wichtige Rolle. Je mehr und je größere Heizkörper vorhanden sind, desto kleiner kann die Vorlauftemperatur gewählt werden. Die Summe aller Heizkörper im Haus ergibt eine verfügbare Gesamtwärmeeistung als zweite wichtige Kennzahl HKN. Um ein Gebäude mit einer vernünftigen Arbeitszahl beheizen zu können, muss das Verhältnis von Beheizungsfähigkeit und Heizlast (d.h. das Verhältnis von HKN und GTK) möglichst groß sein. Ein großer Wärmebedarf ist damit an sich noch kein Hinderungsgrund für eine Wärmepumpenheizung, insofern nur hinreichend Heizfläche bzw. verfügbare Wärmeleistung vorhanden ist. Eine geringe Vorlauftemperatur kann daher einerseits durch eine Erniedrigung der GTK Kennzahl d.h. des Gebäudeverbrauchs erreicht werden. Geeignete Maßnahmen umfassen den Austausch von Fenstern und Außentüren, sowie die Dämmung von Wänden und Dach. Bei dieser Maßnahme wird der Wärmebedarf selbst reduziert und Energie eingespart. Andererseits kann die Heizfläche im Haus erhöht werden, indem vorhandene Heizkörper durch größere ausgetauscht werden oder zusätzliche Heizkörper angebracht werden. Im äußersten Fall kann eine Fußbodenheizung eingebaut werden. Durch diese Maßnahmen wird der Wärmebedarf des Gebäudes nicht reduziert. Es wird aber in die Lage versetzt, Umweltenergie in möglichst großem Umfang als Wärmequelle nutzen können. Ziel ist, das Haus mit einer möglichst niedrigen Vorlauftemperatur zu beheizen. Die erforderliche Vorlauftemperatur steigt allerdings mit sinkender Außentemperatur. Damit sinkt die Arbeitszahl, mit der Umweltwärme zum Heizen genutzt werden kann.
Welche Arten von Wärmequellen gibt es für Wärmepumpen?
Die häufigste Wärmepumpe ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Sie nutzt als Wärmequelle die Umgebungsluft. Erdwärmepumpen nutzen eine oder mehrere bis zu 100 Meter tiefe Erdsonden, die durch Bohrungen durch zertifizierte Spezialfirmen eingebracht werden. Zur Erdwärme im Hexental gibt es eine Präsentation von F. Eisenmann. Ein Vergleich der Anforderungen für beide Wärmepumpentypen findet sich hier hier
Kann man eine Wärmepumpe mit Photovoltaik betreiben?
Eine PV-Anlage auf dem Dach kann den ganzen Sommer und die Übergangszeiten über eine Wärmepumpe Warmwasser bereitstellen. Eine PV-Anlage kann in Kombination mit einer Wärmepumpenheizung sogar für eine ausgeglichene Jahresbilanz von erzeugter und für die Wärmepumpe benötigtem Strom sorgen. Bei einer Jahresarbeitszahl von drei muss dazu ein Drittel der Heizenergie als jährlicher Stromertrag von der PV Anlage erzeugt werden. Benötigt ein Gebäude vor der Sanierung z.b. jährlich 3000 Liter Öl mit einem Heizwert von 30 000 kWh für seine Heizung, so sind auf seinem Dach mindestens 10 kWp Nennleistung an Solarmodulen zu installieren, denn 1 kWp bringt in unseren Breiten etwa 1000 kWh an Jahresertrag. Es müssen dazu etwa 50 qm Dachfläche mit PV-Modulen belegt werden.
Trotz nominell ausgeglichener Jahresbilanz kann nur etwa ein Drittel direkt zum Betrieb der Wärmepumpe (in Verbindung mit Batterie und Wärmespeicher) benutzt werden, denn der Ertrag fällt überwiegend im Sommer an, wenn nicht geheizt werden muss, während zur Deckung der Heizlast im Winter kaum Sonne zur Verfügung steht.
Klimaneutrale Bestandsgebäude
Eine echte (auch saisonal) ausgeglichene Bilanz wäre theoretisch möglich, wenn die Hälfte des der Ertragsüberschuss im Sommer in synthetischen Brennstoff umgewandelt würde und im Winter ein Blockheizkraft mit diesem Brennstoff betrieben würde. Ein "klimaneutrales" Haus braucht etwa die Hälfte des Heizbedarfs an Solarertrag, d.h. im Beispiel 15 kWp (statt 10 kWp) an installierter PV-Leistung.
Trotzdem ist es sinnvoll, an sonnigen Wintertagen die Wärmepumpe mit Überschussstrom zu betreiben. Bei der Planung einer durchaus sinnvollen Kombi-Sanierung mit Wärmepumpe und Aufdach-PV ist die Steuerelektronik zu bedenken, die den Betrieb der Wärmepumpe mit Überschussstrom ermöglicht.
Sind Wärmepumpen klimaschädlich?
18.12.2022 MSE
Hilfreiche Links
Kennzahlen für Wärmepumpen: COP, JAZ und ETA
Rechner Jahresarbeitszahl für alle gängige Typen
Alle gängigen Wärmepumpen im Vergleich . Dazu gibt es unter "bonotos" verschiedene youtube-Videos.
Nomenklatur Kältemittel. Bevorzugt kommt heute das klimafreundliche Propan zum Einsatz (R-290).