Die vorliegende Studienarbeit beschäftigt sich mit einer praxisorientierten Betrachtung von Wärmepumpen im teilmodernisierten Altbau unter der Berücksichtigung von unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpe, der effizienten Betriebsweise und der Wirtschaftlichkeit.
In diesem Zusammenhang wird das Hybridheizungssystem als effizienteste und optimale Lösung für den Betrieb von Wärmepumpen im teilmodernisiertem Altbau herausgearbeitet und detailliert vorgestellt.
Die ersten Kapitel beschäftigen sich mit der s. g. Kraft-Wärme-Kopplung und dem allgemeinen Aufbau und der Funktionsweise einer klassischen Wärmepumpe. Hierbei werden die Begriffe der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit mit einbezogen und anhand der drei Säulen der Nachhaltigkeit verdeutlicht.
Im vierten Kapitel folgt die Begriffserläuterung des "teilmodernisierten Altbaus". Hiernach werden in Kapitel 5 die Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpe, der effiziente Betrieb und das System der Hybridheizung thematisiert.
Im Anschluss daran erfolgt die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unter der Berücksichtigung diverser Einflussfaktoren wie zum Beispiel dem Stromverbrauch den Strompreisen, Fördermöglichkeiten, aktuelle Wärmepreise etc.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG
2.1 Nettostromerzeugung nach Energieträgern
2.2 Primärenergieeinsparung durch KWK
3 WÄRMEPUMPE ALLGEMEIN
3.1 Aufbau und Funktionsweise einer Wärmepumpe
3.2 Energieeffizienz und Nachhaltigkeit
4 TEILMODERNISIERTER ALTBAU
5 WÄRMEPUMPE IM TEILMODERNISIERTEN ALTBAU
5.1 Effizienter Wärmepumpenbetrieb
5.2 Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpe
5.3 Hybridheizung
6 WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNG
6.1 Jahresarbeitszahl
6.2 Stromverbrauch und Strompreise
6.3 Aktuelle Wärmepreise
6.4 Investitionskosten
6.5 Förderungsmöglichkeiten
6.6 Wartungs – und Betriebskosten
6.7 Amortisationsrechnung
7 FAZIT
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht den Einsatz von Wärmepumpen in teilmodernisierten Altbauten, mit dem Ziel, eine effiziente und wirtschaftliche Lösung für diesen Gebäudetyp zu identifizieren. Im Fokus steht dabei die Forschungsfrage, wie durch ein Hybridheizungssystem der Betrieb von Wärmepumpen unter Berücksichtigung energetischer Sanierungsmaßnahmen optimal gestaltet werden kann.
- Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung
- Funktionsweise und Energieeffizienz von Wärmepumpen
- Definition und Besonderheiten des teilmodernisierten Altbaus
- Betriebsstrategien und Hybridheizungssysteme
- Wirtschaftlichkeitsanalyse und Amortisationsrechnung
Auszug aus dem Buch
5.2 Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpe
Grundsätzlich gibt es zwei Bereiche, in die der Anlagenbetrieb unterteilt werden kann. Auf der einen Seite gibt es den monovalenten Anlagenbetreib, der sich durch die Bereitstellung des Wärmebedarfs durch nur einen Energieträger auszeichnet. Diese Betriebsart ist ideal geeignet für Neubauten. Speziell bei Wärmepumpen führt der monovalente Betrieb aber zu hohen Investitionskosten, da die Heizlast, die komplett durch die Wärmepumpe abgedeckt werden muss, zu groß dimensionierten Wärmepumpen führt. Die Jahresarbeitszahl ist vor allem im Winterbetreib niedrig, was zu hohen Stromkosten führt. Vorteile sind der einfachere Systemaufbau und damit ein geringerer Wartungsaufwand.
Auf der anderen Seite ist der bivalente oder multivalente Anlagenbetrieb zu nennen (Hybridheizung). Hier wird der Wärmebedarf durch mehrere Energieträger bereitgestellt. Dies beschied bevorzugt in Altbauten, in großen Gebäuden oder in teilmodernisierten Altbauten. Hier ist es sinnvoll den Bestandswärmeerzeuger als Spitzenlastkessel zu betreiben. Die bivalente Kombination eines Spitzenlastkessels mit einer Luft/Wasser Wärmepumpe hat den Vorteil, dass im Sommer und teilweise in den Übergangsmonaten die Wärmepumpe sehr effizient betreiben werden kann. Der Grund liegt in den geringen Temperaturdifferenzen zwischen Wärmequelle und Wärmesenke. Außerdem besteht die Möglichkeit erneuerbare Energiesysteme wie Solarthermie, oder Biomasse Heizungen einzubinden.
Der bivalente Wärmepumpenbetrieb lässt sich in mehrere Betriebsweisen unterteilen:
- Bivalent alternativer Betrieb: Diese Betriebsweise wird verwendet, wenn hohe Vor- und Rücklauftemperaturen notwendig sind oder die Wärmebereitstellung aus der Wärmequelle nur bis zu einem bestimmten Punkt ausreicht. Bei dieser Betriebsweise heizt immer nur einer der Wärmeerzeuger.
- Bivalent paralleler Betrieb: Bei dieser Betriebsweise sind die Wärmepumpe und der Spitzellastwärmeerzeuger ab einem bestimmten Punkt (Bivalenz-Punkt) gemeinsam in Betrieb. Wird größtenteils in teilmodernisierten Gebäuden angewendet.
- Bivalent teilparalleler Betrieb: Hier geben lastabhängig (meist ab einer bestimmten Außentemperatur) beide Wärmeerzeuger gemeinsam in Betrieb.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Arbeit führt in die Thematik der Wärmepumpennutzung im teilmodernisierten Altbau ein und skizziert den Aufbau der Untersuchung sowie die betrachteten Einflussfaktoren.
2 KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung, deren Wirkungsgrade sowie die Bedeutung für die Primärenergieeinsparung.
3 WÄRMEPUMPE ALLGEMEIN: Es wird die Funktionsweise klassischer Wärmepumpen im Kreisprozess dargestellt und deren Beitrag zu Energieeffizienz und Nachhaltigkeit hervorgehoben.
4 TEILMODERNISIERTER ALTBAU: Der Begriff wird definiert, wobei der Fokus auf baulichen Merkmalen wie Hüllflächen, Dämmzustand und typischer Bauweise liegt.
5 WÄRMEPUMPE IM TEILMODERNISIERTEN ALTBAU: Hier werden notwendige Sanierungsschritte für einen effizienten Betrieb sowie verschiedene Einsatzmöglichkeiten und das Konzept der Hybridheizung diskutiert.
6 WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNG: Dieses Kapitel führt eine detaillierte Berechnung zu Investitionskosten, Förderung, Betriebskosten und Amortisationszeiten basierend auf einem Beispielgebäude durch.
7 FAZIT: Die Ergebnisse werden zusammengefasst, wobei das Hybridsystem als effiziente Lösung für den betrachteten Gebäudetyp bestätigt wird.
Schlüsselwörter
Wärmepumpe, teilmodernisierter Altbau, Kraft-Wärme-Kopplung, Hybridheizung, Energieeffizienz, Nachhaltigkeit, Jahresarbeitszahl, Amortisationsrechnung, Heizlast, Sanierung, Gebäudehülle, Primärenergieeinsparung, Luft/Wasser-Wärmepumpe, Investitionskosten, Betriebskosten
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die sinnvolle Integration und den wirtschaftlichen Betrieb von Wärmepumpen in bereits teilweise sanierten Altbauten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die Kraft-Wärme-Kopplung, die Funktionsweise von Wärmepumpen, die Besonderheiten des Altbaubestands und die Wirtschaftlichkeit verschiedener Heizsysteme.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, das Hybridheizungssystem als optimale Lösung für den effizienten Betrieb von Wärmepumpen im teilmodernisierten Altbau herauszuarbeiten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein praxisorientierter Ansatz gewählt, der theoretische Grundlagen mit einer exemplarischen Wirtschaftlichkeitsberechnung für ein Beispielgebäude verbindet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen, die Definition des Altbaus, die betriebliche Umsetzung im Hybrid-Modus sowie eine detaillierte Kosten-Nutzen-Analyse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Wärmepumpe, Hybridheizung, Energieeffizienz, Amortisation und Altbau-Sanierung beschreiben.
Warum wird im Altbau bevorzugt ein bivalentes System empfohlen?
Da in Altbauten oft höhere Vorlauftemperaturen benötigt werden und eine alleinige Wärmepumpe bei niedrigen Temperaturen ineffizient wäre, ergänzt ein Spitzenlastkessel das System ideal.
Welche Rolle spielt die Teilsanierung für den Betrieb?
Die Teilsanierung der Gebäudehülle und der Umstieg auf Niedertemperatur-Heizkörper sind entscheidend, um die Effizienz der Wärmepumpe zu maximieren.
Welchen Einfluss haben steigende Erdgaspreise auf das Ergebnis?
Ein steigender Erdgaspreis verkürzt die Amortisationszeit der Wärmepumpe, da die Betriebskosten der Wärmepumpe im Vergleich zum fossilen Heizkessel wirtschaftlicher ausfallen.
- Quote paper
- Wjatscheslaw Prinz (Author), 2020, Einsatz von Wärmepumpen im teilmodernisierten Altbau, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/513891
