5 Varianten
5.3 SV1- Sole-Wasser Wärmepumpe
Anstelle der geplanten Luft-Wasser-Wärmepumpe wird eine strombetriebenen Sole-Wasser-Wärmepumpe für die Wärmeversorgung vorgeschlagen. Aufgrund der Bodenbeschaffenheit und um Kosten zu sparen, werden Erdwärmesonden als Wärmequelle nicht berücksichtigt.
Alternativ können flache Erdkollektoren auf dem Grundstück horizontal ausgelegt werden.
Dies ist in der Regel die preiswerteste Variante eines Erdwärmesonden. Da die Energie bei dieser Technik primär aus der Sonneneinstrahlung und dem versickernden Regenwasser kommt, ist diese Methode jedoch auch mit einigen Nachteilen behaftet.
So wird eine verhältnismäßig große Fläche zur Verlegung der Kollektoren benötigt, weiterhin darf diese Fläche später nicht bebaut werden. Werden Bäume gepflanzt, besteht die Möglichkeit, dass im Laufe der Jahre die Wurzeln die Kollektoren beschädigen können.
Die Oberfläche dieses Erdwärmetauschers ist nur begrenzt belastbar, da die Plastikrohre des Kollektors in einer Tiefe von nur rund 1,2 bis 1,5 m unter der Oberfläche verlaufen und daher durch eine zu große Belastung abgequetscht werden könnten.
Da es auf dem Grundstuck durch den Parkplatz die Oberfläche zum großen Teil versiegelt wird, können an der Stelle von Flachkollektoren Grabenkollektoren realisiert werden.
Ein Grabenkollektor ist in Form und Funktion dem Flächenkollektor sehr ähnlich.
Grundsätzlich sind hier die Soleleitungen parallel übereinander in einem stehenden Register angeordnet. Der Graben ist ca. 3 m tief und an seiner Basis ca. 1,2 m breit und vergrößert sich zur Oberfläche ansteigend auf etwa 2,5 m. Die Kollektorrohre sind in einem vertikalen Abstand von 10 cm verlegt. Dies ergibt je Graben-Meter eine Erdwärmetauschfläche von etwa 2,5 m².
Die Ausführung kann auch horizontal als Ringgrabkollektor erfolgen. Wie der Flächenkollektor ist auch die Wärmeentzugsleistung des Grabenkollektors saisonal stark schwankend, sodass der thermischen Regeneration des Erdreichs zwischen den Heizperioden eine besondere Bedeutung zukommt.
Abbildung 5: Ringkollektoren in horizontaler Verlegung (links) und vertikaler Verlegung (rechts) Quelle: https://grabenkollektor.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/
Daher ist es von Nöten, dass der Grabenkollektor auf dem Grundstücksteil eingebracht wird, der eine freie solare Einstrahlung und Versickerung des Regenwassers zulässt. Falls dieses gewährleistet ist und der Graben-Erdwärmetauscher in ausreichendem Umfang entsprechend der Heizlast ausgelegt wurde, ist die Vegetation über dem Grabenkollektor nicht beeinflusst.
Eine Alternative bieten Erdwärmekörbe und Spiralsonden. Sie funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Erdwärmesonden und auch Flächenkollektoren. Sie stellen im Grunde genommen eine Kombination aus beiden Erdwärmetauschern dar. Erdwärmekörbe als auch Spiralsonden werden unterhalb der Frostgrenze in einer Tiefe von ca. 2,5 bis 3 Meter vergraben. Das Wärmeträgermedium zirkuliert dabei in einem Rohr, das zu einem Korb oder auch Säule gewickelt ist. Vorteil dieser Erdwärmetauscher ist, dass Erdwärmekörbe und Spiralsonden häufig auch an Orten zulässig sind, an denen eine Bohrung rechtlich nicht
möglich ist. Oft ist auch die Einbringung günstiger als die Erdsondenbohrung oder die Verlegung eines Flächenkollektors.
Abbildung 6: Erdwärmekörben als Wärmetauscher Quelle: https://www.betatherm.de/loesungen.html
Nachteilig ist, dass Erdwärmekörbe und Spiralsonden mehr freie Fläche benötigen als eine Erdwärmebohrung und bei einer Vielzahl von Körben und Spiralen die hydraulische Regelung erheblich erschwert wird. Im schlimmsten Fall kann dies zur Folge haben, dass ein Korb oder Spirale nacheinander energetisch "leer gesogen" wird, falls nicht jeder Korb oder Spirale gleichmäßig durchströmt wird.
Im hinteren Grundstücksbereich ist eher trockenen sandigen Boden vorzufinden, bei dem eine geringere Wärmeentzugsleistung zu erwarten ist. Die Kollektoren sollen in Bodenschichten, die durchfeuchtet sind, eingebaut werden. Der Grundwasserstand liegt etwa bei 2,70 bis -3,00 m, sodass tiefere Baugruben, die mit höheren Baukosten verbunden sind, erforderlich sein werden.
Die energetischen bedingten Mehrkosten beziehen sich auf den durchschnittlichen Mehrkosten, die bei der Anschaffung einer Sole-Wasser Wärmepumpe im Vergleich zur geplanten Luft-Wasser Wärmepumpe entstehen werden (ca. 3.000 €). Die zusätzlichen Erdarbeiten wurden bei der Berechnung mitberücksichtigt (ca. 26.000 €)
Im Rahmen des Programms Heizen mit erneuerbaren Energien 2020 fördert das BAFA
einem Fördersatz von 35% der förderfähigen kosten. Im Neubau können Kosten, die in direktem Zusammenhang mit der förderfähigen Heizung stehen, bis zum Anschluss an die Wärmeverteilung (Heizkreisverteilung) berücksichtigt werden. Alle darüber
hinausgehenden Kosten, wie z.B. der Einbau von Fußbodenheizungen oder Heizkörpern können nicht angerechnet werden.
Diese Maßnahme amortisiert sich innerhalb der Nutzungsdauer, auch unter Berücksichtigung der Förderung, nicht.
Variante SV1- Sole-WP
Wirtschaftlichkeit
Kenndaten Wert Einheit
Investitionskosten inkl. 15 % NK [€] 33.350 €
Energetisch bedingte Mehrkosten [€] 29.000 €
Energiekosten in der Ausgangssituation 1) 2.316,95 €/a Energiekosten im ersten Jahr nach Umsetzung der
Variante 1.970,12 €/a
Energiekostenersparnis im ersten Jahr 347 €/a prozentuale Energiekostenersparnis im ersten Jahr 14,98 % Endenergiebedarf in der Ausgangssituation 1) 11.033,1 kWh/a
spezifischer Endenergiebedarf in der Ausgangssituation 54,0 kWh/(m²NGF*a) Endenergiebedarf nach Umsetzung der Variante 9.381,5 kWh/a
spezifischer Endenergiebedarf nach Umsetzung der
Variante 45,9 kWh/(m²NGF*a)
jährliche Endenergieeinsparung 1.652 kWh/a
prozentuale jährliche Endenergieeinsparung 14,97 % jährliche CO2e-Emissionen in der Ausgangssituation 1) 2) 5.924,8 kg/a jährliche CO2e-Emissionen nach Umsetzung der Variante
2) 5.037,9 kg/a
jährliche CO2e-Vermeidung2) 887 kg/a
prozentuale jährliche CO2e-Vermeidung 2) 14,97 %
Nutzungsdauer 20 a
dynamische Amortisation – a
Variante SV1- Sole-WP Wirtschaftlichkeit
Kenndaten Wert Einheit
Kosten/Nutzen-Faktor 3) 0,88 €/kWh
1) bezogen auf den errechneten Energiebedarf für alle betrachteten Gebäude(teile)
2) Emissionsfaktoren nach (BAFA Merkblatt zu den CO2-Faktoren)
3) (energetisch bedingte Kosten / Nutzungsdauer) / Endenergieeinsparung
Alle Kostenangaben sind brutto. Die dynamische Amortisation bezieht sich auf den energetisch bedingten Mehrkosten.
Einstufung des spez. Endenergiebedarfs der Ist-Variante auf der Farbskala
Einstufung des spez. Endenergiebedarfs der Variante auf der Farbskala
5.3.1 KfW-Ergebnisse
Ergebnisse Ist-Wert Soll-Wert % vom Soll-Wert
Soll-Wert für KfW-Effizienzhaus
55 spezifischer Primärenergiebedarf
[kWh/(m²a)] 82,7 224,7 37% 55 %
Primärenergiebedarf [kWh/a] 16.886,8 45.898,6 37% 55 %
mittl. U-Wert Opake Außenbauteile
(>= 19 °C) [W/(m²K)] 0,147 0,22 67% 100 %
mittl. U-Wert Transparente
Außenbauteile (>= 19 °C) [W/(m²K)] 0,900 1,20 75% 100 % Erreichter Effizienzhausstandard: KfW-Effizienzhaus 55 (EnEV 2014) (Neubau).
Die CO2 -Emissionen der betrachteten Variante betragen 5.582 kg/Jahr, der Endenergiebedarf ist 9.382 kWh/a.
Energie- und CO2 -Einsparung (gemäß Technische FAQ der KfW, Nr. 7.06)
Bezüglich des gesetzlichen Anforderungsniveaus (Referenzgebäude x 0,75) ergibt sich eine CO2 -Einsparung von 2.706 kg/Jahr.
Des Weiteren ergibt sich eine Endenergieeinsparung von 22.051 kWh/Jahr (-70 %).
Mit der durchgeführten Maßnahme wird eine CO2 -Einsparung von 983 kg/Jahr gegenüber der Bezugsvariante erreicht.
Die Endenergieeinsparung gegenüber dem Ausgangsfall ist 1.652 kWh/Jahr (–15 %).
Die CO2 -Emissionen wurden mit Hilfe der brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren gemäß der Anlage zum Merkblatt "Technische Mindestanforderungen" ermittelt.
Regenerativ erzeugter Strom:
• Gesamter Strombedarf: 9.382 kWh/a
• Gesamte Eigennutzung regenerativ erzeugten Stromes: 0 kWh/a
• Deckungsanteil am Strombedarf: 0,0 %
• Berechnung des PV-Ertrags nach DIN EN 15316-4-6: nein