Effizienz Heizung/Warmwasser?

[Roadrunner]

Hallo zusammen

Kann mir jemand bei meiner Überlegung betreffend Effizienz eines Heizsystems für unser zukünftiges Haus helfen?

Welches der beiden Systeme ist effizienter, beziehungsweise im Unterhalt und in Sachen Stromverbrauch günstiger?


System 1 WP (bivalent parallel monoenergetisch):

-Wärmepumpe mit Erdsonde ca. 8-10 kW für den Betrieb der Bodenheizung (35°C also Niedrigtemperatur) zudem zur Warmwasserbereitung allerdings nur für den Anteil, den die Wärmepumpe bei Niedrigtemperatur erreichen kann. Die Resterwärmung erfolgt dann mittels Heizstab.


System 2 WP (monovalent):

- Wärmepumpe mit Erdsonde auch ca. 8-10 kW nun aber Hochtemperatur (Heizungsvorlauftemperatur bis 65°C), auch wieder für den Betrieb der Bodenheizung (Niedrigtemperatur) und zur Warmwasserbereitung. Diese allerdings nun vollständig.


Da bei Hochtemperaturwärmepumpen ein anderes Kühlmittel verwendet wird, sollte doch die Leistungszahl (nach Carnot) vermindert sein, auch bei einem Kombibetrieb. Oder mache ich hier einen Überlegungsfehler?
Rechnet sich der Leistungszahlvorteil (bei einem bivalenten System) trotz der ineffizienten Wasserresterwärmung?

Warmwasserbereitung mit Solarkollektoren soll in dieser Betrachtung übrigens nicht mit einbezogen werden.

Besten Dank für eure Inputs.

[wellingtonia]

Hallo roadrunner

Nur im Niedrigtemperaturbereich erreichen Wärmepumpen den maximen Wirkungsgrad.
Beim Erhitzen von Wasser verhält es sich genau gleich.
Zum erreichen von höheren Temperaturen, ist überproportional mehr Energie notwendig.
Das ist Physik.
Auch die Wärmeverluste (10%) bei Pufferspeichern sind ein gleichbleibender Prozentsatz von zu erreichenden Temperaturniveau.
Andy

[Roadrunner]

Hallo Andy,

nun, dies ist mir ja schon klar, aber meine Frage richtet sich an die Effizienz. Beide Systeme sind nicht "sparsam", aber welches der Beiden ist in der Gesamtsumme kostengünstiger im Verbrauch?

Gruss vom Roadrunner

[Roadrunner]

Also, um es nochmals zu umschreiben.

System 1 benötigt pro Jahr für das Heizen des Hauses (sagen wir 900 m?) via Bodenheizung und den Anteil an der Warmwaserbereitung den Energiebedarf von x kWh.
Zusätzlich als Annahme wie emil17 unter

Solarzellen sollen sich bezahlt machen?

vorgerechnet hat. Für einen z.B. 4-Personenhaushalt 65*10 (bei Annahme Delta t=10 °C)*1.16 kWh = 754 kWh.

Ergibt einen totalen Energiebedarf von x + 754 kWh

System 2 ist gemäss Carnot-Kreisprozess ineffizienter als System 1 (Um wieviel? Gibts es dazu Beispiele?). D.h. für Hausheizen (900 m?) und Warmwasser einen totalen Energiebedarf von y kWh.

Ist y nun grösser (und falls ja, wie gross?) als x+754 kWh.

[Latschi]

Hallo Roadrunner

Also ich würde sagen die Rechnung ist stark davon abhängig wieviel Heizenergie Du verbrauchst. Da Du 8-10 kW Leistung installieren willst gehe ich mal von ca. 15'000 kWh aus (sehr grober Schätzwert, aber wir brauchen ja was zum rechnen.
Wenn wir nun also annehmen das deine WP bei Niedrigtemperatur ca. eine Arbeitszahl von 4 hat, brauchst Du 15'000/4=3750 kWh Strom für die Heizung.

Wenn Du nun Hochtemperatur fährst, wird die Arbeitszahl kleiner z.B. 3. Wenn wir also nun wieder rechnen: 15'000/3=5000 kWh. Somit hättest Du für das Heizen einen Mehrverbrauch von 1250 kWh.

Beim Wasser gehe ich mal von 1000 kWh pro Person und Jahr aus.

Bei Niedertemp machst Du von den 4000 kWh ca. 1800kWh mit der WP und 2200 kWh mit dem Elektroeinsatz (Annahme Kaltwasser 10°C --> 25 K mir WP und 30 K mit Elektro). macht also 1800/4+2200=2650 kWh

Mit Hochtemp brauchst Du für Warmwasser ca. 4000/3=1333 kWh

Die Summen werden also zu:
Nierdertemperatur: 3750 kWh + 2650 kWh = 6400 kWh
Hochtemperatur: 5000 kWh + 1333 kWh = 6333 kWh

So und nun haben wir das Geschenk. Eigentlich wären mir stark unterschiedliche Werte lieber gewesen. Hmm also eff. dürften die Arbeitszahlwerte eher 4.3 bei 35°C und 2.8 bei 65°C sein (hab ich mal in einem Messdiagramm gesehen). Damit würden sich folgende Summen ergeben:

NT (Niedertemp.): 6107 kWh
HT (Hochtemp.): 6786 kWh

Du kannst also eigentlich nicht viel falsch machen.... ist ja beides ca. gleichwertig.

Evtl. kann ja noch jemand mit genaueren Angaben helfen. Meine Grundlagenwerte sind halt immer nur Schätzungen.

Was aber noch ein Denkanstoss wäre: Warum nicht Heiz und Warmwasserproduktion zeitlich trennen. z.B. Nachts (mit billigem Strom mit HT den Warmwasserspeicher wärmen (braucht bei 8 kW Leistung ja nicht lange) und am Tag und den Rest der Nacht mit NT Heizen. Das würde dann eine richtig tiefe Gesamtsumme geben. Ich weiss aber nicht ob das geht (Stichwort Kältemittel), aber eigentlich müsste eine HT Wärmepumpe auch nur 35°C machen können. Evtl. nicht so effizient wie eine NT Wärmepumpe, aber die Gesamtsumme an Energie müsste auch bei einer etwas tieferen Arbeitszahl noch deutlich besser sein. Evtl. kann ja hier auch jemand zur Klärung beitragen.

So jetzt hoffe ich, dass ich mich nirgends verrechnet habe....

Gruss

David

[Roadrunner]

Hallo David,
herzlichen Dank für deine detaillierte Betrachtung. So in etwa hatte ich mir dies vorgestellt.
Wie erwartet ist die Differenz nicht besonders gross ausgefallen. Ich vermute deshalb wird diese Fragestellung bei den Wärmepumpenhersteller nicht so geläufig sein.
Den Ansatz mit Nieder-/Hochtemperatur Tag/Nacht ist sehr interessant. Ich habe bei http://www.sixmadun.ch/fileadmin/use..._080825_de.pdf (Seite 3) und Oertli Waltermeier.com so was ähnliches gefunden.

@all

Kennt jemand andere Hersteller die auch so was bieten? Diese Anlagen klingen sehr vielversprechend, leider sind auf deren Webseiten keine detaillierten Daten zugänglich um eine effektive Berechnung durchzuführen. Hat hier im Haus-forum niemand so was ähnliches installiert beziehungsweise diese Problematik durchgerechnet?

Bei den Niedrigtemperaturwärmepumpen wird häufig R407C als Kühlmittel und bei den moderneren Anlagen R410A verwendet. Grund wird wohl der höhere volumetrische Wärmegewinn sein. Wärmepumpen mit R134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan) als Kühlmittel sind wohl bedeutend ineffizienter und werden in naher Zukunft vom Markt genommen (ab 2011).
Wer von euch besitzt eine Wärmepumpe mit diesen Kühlmitteln und weshalb habt ihr euch für dies Gerät entschieden?

Gruss Roadrunner

[Hausi]

Die WP arbeitet in zwei vollständig getrennten Betriebszuständen:
a) Heizbetrieb: Vorlauftemperatur < 35 Grad C für hohe Effizienz.
b) Brauchwasser-Erwärmung: Vorlauftemperatur 30 bis 65 Grad, abhängig vom Ladezustands des WW-Speichers.

Für die Effizienz der Anlage ist die Art des Kühlmittels zweitrangig. Am wichtigsten ist eine möglichst tiefe Vorlauftemperatur während des Heizbetriebs (=grösster Betriebsanteil).
Eine Nacherwärmung des WW um einige Grad C mittels Heizstab verbraucht verhältnismässig wenig Energie.

Mit Hilfe des WP-COP Diagramms lässt sich die Effizienz der Anlage berechnen.