Jahresarbeitszahl
Während die Leistungszahl und die Heizzahl zeitpunktbezogene Größen sind, beschriebt die Arbeitszahl β das Verhältnis zwischen der in einem bestimmten Zeitraum abgegebenen Nutzwärme und der eingesetzten Energie für den Antrieb des Verdichters und der Hilfsantriebe (vgl. Cerbe u. Wilhelm 2008). Die Arbeitszahl ist damit zeitraumbezogen und aus diesem Grund ein wichtiges Kriterium zur Bewertung einer Gesamtanlage. Üblicherweise wird die Arbeitszahl bezogen auf ein Jahr angegeben, man spricht dann gemäß VDI 2067 von der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe
a:(9)
ebs Hilfsantri Verdichter
a
a W W
Q
Dass die Arbeitszahl grundsätzlich niedriger als die Leistungszahl ist, begründen:
der Taktbetrieb der Wärmepumpe;
die Schwankungen von Wärmeträgertemperaturen sowie Nutztemperaturen und
der Bedarf an Hilfsenergie für Wärmequellenpumpe und Regelung.
Bei dem nachfolgend untersuchten Anwendungsfall handelt es sich um ein Krankenhaus mit 234 Betten, Baujahr 1964, welches hinsichtlich der Möglichkeiten des Einsatzes einer Wärmepumpe zur Wärmeversorgung mit Raumwärme und Warmwasser untersucht wurde (vgl. Heinrich 2009). Im Objekt befindet sich eine Heizzentrale mit zwei Heizungskesseln mit jeweils 900 kW (Erdgas / Heizöl), Temperaturspreizung (Auslegung): 90°C Vorlauf / 70°C Rücklauf. Der Gesamtwärme-bedarf der Liegenschaft beläuft sich auf 3.960 MWh/a davon 2.061 MWh/a Heiz-wärmebedarf sowie 1.899 MWh/a Wärmebedarf für Warmwasserbereitung. Der Brauchwasserspeicher, bestehend aus mehreren Einzelspeichern, fasst insgesamt 9.000 Liter. Aus den durch Heinrich (2009) untersuchten technischen Lösungen wird beispielhaft ein wirtschaftlich interessantes technisches Konzept auch im Rahmen dieser Arbeit weitergehend erörtert. Hierbei handelt es sich um eine Kompressionswärmepumpe, welche über Sonden Erdwärme nutzt. Auf die Ermittlung der optimalen Betriebsbedingungen wird an dieser Stelle nicht weiter eingegangen,
Deckungsanteils durch die Wärmepumpe, die Dimensionierung des Pufferspeichers für Heizung und Warmwasser, die Auslegung der Erdsonden und die Möglichkeiten zur Senkung der Heizungsvorlauftemperatur eingeht sowie die Berechnung der Heizungsvorlauftemperaturen und der maximal wirtschaftlichen Vorlauftemperatur beschreibt.
Vielmehr konzentrieren sich die nachstehenden Ausführungen auf die wirtschaftliche Analyse aus Sicht des Contractors. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich die nach der Investitionssumme bemessenden Kosten jeweils an den Anschaffungs- und Herstellungsaufwendungen allein für die Wärmepumpenanlage orientieren, die Investitionskosten für Erdsonden werden zwar selbstverständlich als Anschaffungs-aufwendungen berücksichtigt, jedoch z. B. für Instandhaltung und Wartung nicht in Ansatz gebracht. Gleichwohl wird wegen des hohen investiven Aufwandes für Erdsonden eine Laufzeit von fünfzehn Jahren für das Projekt gewählt. Der Contractor benötigt diese lange Laufzeit, um die Aufwendungen für die Erdsonden zu amortisieren, denn der Kunde erwartet regelmäßig, nach Ablauf des Vertrages keinen Restwert mehr für diese zu entrichten. Bei einer technischen Nutzungsdauer für Erdsonden von vierzig Jahren würden sich hierfür nach fünfzehn Jahren Vertragslaufzeit gleichwohl noch erhebliche Beträge ergeben, die der Contractor jedoch im vorliegenden Fall als „stranded investments“ betrachtet.
Da es sich um eine Bestandsanlage handelt, veräußert der Contractor die Wärme nicht zu einem Arbeitspreis, der den auf den jeweiligen Strompreisen basierenden Gestehungskosten entspricht, sondern zum gegebenen, dem Erdgaspreis ent-sprechenden Arbeitspreis. Aus diesem Grunde erübrigt sich auch der Vergleich zwischen Eigenbesorgung und Contracting aus Sicht des Contractingnehmers, da sich für diesen im wirtschaftlichen Ergebnis nichts ändert. Vielmehr erhält er künftig einen Teil seiner Wärme aus regenerativer Quelle, nämlich basierend auf Erdwärme, und dies zum gleichen Preis wie vorher auf der Basis von Erdgas bzw. Heizöl. Nach Ablauf der Vertragslaufzeit von fünfzehn Jahren hat er, wenngleich er keinen Mehraufwand für die Wärme zu zahlen hatte, die Anschaffungsaufwendungen des Contractors refinanziert und erhält eine Wärmepumpenanlage, deren Erdsonden beispielsweise noch 25 Jahre halten dürften.
Die Größen, welche Eingang in diese Betrachtungen finden, sind der im Anhang befindlichen Tabelle 23 zu entnehmen. Die Berechnung selbst ist in Tabelle 24 (im Anhang) dargestellt. Die Ergebnisse der entsprechenden Betrachtung zeigt Tabelle 13, die Entwicklung des Kapitalwertes Abbildung 27.
Tabelle 13: Wärmepumpenanlage: Ergebnisse aus Contractorensicht
Kapitalwert 95.850 Euro
Interner Zinsfuß 8,3 %
Amortisation 12 Jahre
-500.000 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Jahr
Euro
Abbildung 27: Kapitalwertentwicklung für die Wärmepumpe
Auch für die untersuchte Wärmepumpe zeigt sich, dass dieses Projekt für den Contractor interessant ist, weil dieser eine Verzinsung oberhalb des Kalkulations-zinsfußes (fünf Prozent p. a.) erzielt. Angesichts der hohen Gesamtinvestitionen und des langen Betrachtungszeitraumes ergibt sich für den Contractor jedoch ein Investitionsrisiko, zumal durch die unterschiedlichen eingesetzten Energieträger zusätzliche Unsicherheit entsteht. Wenn die Preisentwicklung für Strom künftig eine deutlich andere als die für Erdgas ist, trägt allein der Contractor die Konsequenzen
berücksichtigen. Der größte Vorteil elektrischer Wärmepumpen liegt in der bewährten Technik und im großen verfügbaren Leistungsbereich. Die Anlagen arbeiten zuverlässig bei sehr geringen Betriebs- und Instandhaltungskosten.
Dem Contractingnehmer entstehen, wie oben gezeigt, keinerlei preisliche Nachteile.
Am Ende erhält er ohne gesondertes Entgelt eine moderne Heizungsanlage, welche Kosten spart und die Umwelt entlastet. Ähnlich einem Energieeinsparcontracting kommt er damit nach Vertragsablauf in den Genuss der finanziellen Einsparungen, die der Contractor bis dahin zur Refinanzierung der Investition aufwendet.
Dieses Beispiel und sein Ergebnis zeigen, dass der Einsatz von Wärmepumpen auch bei ungünstigen Voraussetzungen vorteilhaft sein kann. Grundsätzlich kann in bestehenden Gebäuden mit bereits vorhandenen Wärmeerzeugern, welche die gesamte Heizlast zu decken imstande sind und in den meisten Fällen weiter betrieben werden können, der Deckungsanteil so gewählt werden, dass die Wärmepumpe ökonomisch und ökologisch arbeitet. Dem entgegen ergeben sich im untersuchten Beispiel aufgrund der hohen benötigten Heizungs- und Warmwassertemperaturen und der daraus resultierenden bivalent-alternativen Betriebsweise relativ geringe Deckungsanteile. Eine Grundlastdeckung für die Raumheizung kann im vorliegenden Fall nicht realisiert werden. Dessen ungeachtet sind sehr hohe Energiekosten-einsparungen möglich – die hier der Refinanzierung der Anlage dienen.
Die Berechnungen haben überdies gezeigt, dass der Einsatz einer Wärmepumpe auch in älteren Gebäuden mit regelmäßig schlechten Dämmwerten wirtschaftlich sein kann.
Dennoch sollte die Isolierung der Gebäudehülle zum Zwecke einer Kosten- und Primärenergieeinsparung grundsätzlich vorrangig in Erwägung gezogen werden, weil hierdurch der Wärmebedarf für die Raumheizung gesenkt wird. „Wenn dann zusätzlich eine Wärmepumpe zum Einsatz kommt, ergeben sich bessere Arbeitszahlen bzw.
höhere Deckungsanteile, da die Heizflächen mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben werden könnten“ (Heinrich 2009, S. 72).