Die Warmwasser-Wärmepumpe: Merkblatt für den Fachinstallateur 1.

Grundlagen

1.1. Funktion der Warmwasser-Wärmepumpe (WP) Eine Warmwasser-Wärmepumpe ist ein Boiler mit eingebauter Wärmepumpe. Aus Abwärme entsteht Warmwasser. Die Warmwasser-Wärmepumpe dient zur effizienten und wirtschaftlichen WarmwasserVersorgung in Einfamilienhäusern und Gewerbebetrieben. In technischen Räumen wie zum Beispiel Heizungsräumen, Waschräumen, Keller etc. entsteht Abwärme, welche der WP nutzt um das Brauchwarmwasser energieeffizient zu erzeugen. Ein WP ist der ideale Ersatz für Elektro-Boiler oder fossil beheizte Boiler.

1.2. Einsatzgrenzen Der WP kann bei Umgebungstemperaturen zwischen 8 bis 30°C eingesetzt werden. Mittels einer Wärmepumpe wird Warmwasser bis 60°C erzeugt und in einem Boiler von meistens 300 Liter Inhalt gespeichert. Dazu werden lediglich ca. 1/3 elektrische Energie benötigt. 2/3 werden der Umwelt entnommen. Ein Zusatz-Elektroheizeinsatz von 1.5 bis 2.0 kW dient der Unterstützung für höhere Warmwassertemperaturen. Für den Einsatz mit Aussenlufttemperaturen bis -10°C werden spezielle WP-Ausführungen mit einem Abtausystem verwendet. Die Geräte unterscheiden sich zwischen kompakten und gesplitteten Bauarten. Kompakte Geräte bestehen aus der Wärmepumpe und dem Boiler in einer Einheit, im Gegensatz zur Splitversion, wo Boiler und Wärmepumpenaggregat separat (auch in anderen Räumen) aufgestellt sind. Die Kompressor- und Luftgeräusche einer Warmwasser-Wärmepumpe haben einen typischen Schalldruckpegel im Abstand von einem Meter zwischen ca. 50 bis 60 dB(A). Dieser Schallpegel entspricht der Lautstärke eines normalen Gesprächs zweier Personen. Dies ist bei einer Kelleraufstellung in der Regel

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kein Problem, soll aber in der Nähe von bewohnten Räumen beachtet werden. Die minimale Raumhöhe liegt bei 2.30 bis 2.50 Meter. Ungeeignet als Aufstellräume sind: Stark staubige oder mit ätzenden Gasen und Aerosol behaftete Räume. Die Aufstellung sollte so geplant werden, dass die Einbindung in die Sanitärinstallation günstig ist und ein Kondensatablauf in der Nähe ist.

1.3. Vorteile Verschiedene Bedingungen machen den Einsatz von WP für Modernisierung und Neubauten noch attraktiver: Vorschriften: Die Musterenergieverordnung der Kantonalen Energiedirektorenkonferenz (MuKEn 2008) regelt den Einsatz von Warmwassererzeugern. Bei Neubauten wird der Elektroboiler praktisch nicht mehr zugelassen und bei den Modernisierungen ist dies je nach Situation und Kanton unterschiedlich geregelt. Die örtlichen Vorschriften und Bedingungen sind zu beachten. Umwelt-Vorschriften: Ein WP hat normalerweise weniger als 3.0 kg Kältemittelinhalt und untersteht somit nicht der Melde- und Kontrollpflicht gemäss Bundesamt für Umwelt (BAFU). Standort: Bereits kleine frostsichere Räume sind für den Einsatz geeignet. Es gilt die Faustregel, dass ca. 20 m3 genügend Raumvolumen für eine einwandfreie Funktion eines WP sind. Betriebskosten: Dadurch, dass rund 2/3 Umweltenergien genutzt werden, benötigt man entsprechend wenig Elektroenergie und die Betriebskosten sind ca. 2/3 tiefer als beim Elektroboiler. Noch tiefere Betriebskosten sind durch den ergänzenden Einsatz von Solarkollektoren möglich. Die meisten WP sind mit zusätzlichen, eingebauten Solar-Wärmetauschern erhältlich. Modernisierung: Der WP ist das ideale Gerät um eine Modernisierung durchzuführen, z.B. den bestehenden Elektro-Boiler zu ersetzen. Zu beachten gilt, dass die Aufstellung des WP derart gewählt wird, dass die Einbindung an die bestehende Sanitär-Installation möglichst nah und einfach ist. Zusatznutzen: Die meisten Modelle haben die Möglichkeit Luftkanäle (Zu- und Abluft) anzubauen. Damit kann ein luftseitiger Kurzschluss vermieden werden, oder mit der Fortluft z.B. der Weinkeller oder der Vorratsraum gekühlt, die Wäscheräume entfeuchtet oder (Hobby-) Räume belüftet werden. Dies ohne jegliche zusätzlichen Energiekosten.

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Technik

2.1. Wärmepumpen-Kreislauf Der WP funktioniert mit einem kältetechnischen Kreisprozess, der Umweltenergie über den Verdampfer aufnimmt, durch Verdichten mit einem Kompressor auf ein höheres Temperaturniveau ca. 50 bis 60 °C bringt und via Kondensator an das Warmwasser abgibt.

Die Geräte haben unterschiedliche Leistungen. Es lohnt sich Vergleiche anzustellen. Der Entscheid ob Kompakt- oder Split-Gerät ist insofern einfach, da Split-Geräte nur bei speziellen Anwendungen wie Abwärmegewinnung aus einem angrenzenden oder in der Nähe liegenden Raum in Frage kommen. Es gibt WP mit der Möglichkeit Luftkanäle anzuschliessen, sodass mit einem solchen Kompaktgerät die Wärmegewinnung aus einem direkt angrenzenden Raum ebenfalls möglich ist. Mit einem WP wird die Luft der Umgebung entfeuchtet. Dies ist vor allem in Waschküchen oder Trocknungsräumen von Vorteil. Die Wäsche trocknet schneller und die Luftfeuchte kann sich weniger in den Wänden niederschlagen. Die Umgebungstemperatur wird durch den Wärmeentzug abgekühlt. In den Sommer- und Übergangsmonaten ist dies angenehm und je nach dem erwünscht. Im Winter muss darauf geachtet werden, dass die Umgebungstemperatur nicht zu stark absinken kann (Sicherheitsthermostat). Da ein WP je nach Warmwasserbedarf zwischen 5 bis 10 Stunden pro Tag läuft, kann sich die Umgebungstemperatur jeweils wieder erholen. Ein ergänzender Elektroeinsatz dient dazu, auch bei tiefer Raumtemperatur die Warmwasserversorgung abzusichern und bei Spitzenwarmwasser-Konsum kann damit die Aufheizzeit verkürzt werden. Bei der Aufstellung von WP im Kellergeschoss sind normalerweise keine zusätzlichen SchalldämmMassnahmen notwendig. Bei Leichtbauobjekten und bei Aufstellung in Wohngeschossen muss genau beachtet werden, dass die angrenzenden Raumwände schalldämmend erstellt werden und sowohl Leitungen wie auch allfällige Luftkanäle schalldämmend befestigt werden. Die Effizienz eines WP hängt von der Umgebungstemperatur und der Warmwassertemperatur ab. Je kleiner diese Temperaturdifferenz ist, desto effizienter und kostengünstiger ist der Betrieb. Es lohnt sich somit die Warmwassertemperatur eher tiefer zu halten. Eine Effizienzsteigerung bis 20% wirkt sich auch im Sommer aus, da die Umgebungstemperatur bis 10 °C höher ist. 2.2. Kombination mit thermischen Solarkollektoren

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Die Kombination einer thermischen Solaranlage mit einem WP ist eine spezielle Herausforderung. Diese an und für sich sinnvolle Kombination soll mit dem Lieferanten bezüglich Dimensionierung und hydraulischer Einbindung individuell abgestimmt werden.

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Unterhalt

Ein WP benötigt wenig Unterhalt. Luftkanäle (auch Verdampfer) sind regelmässig auf Verschmutzung zu prüfen. Verschlossene oder eingeschränkte Luftwege können zu einem Betriebsunterbruch führen. Ebenso ist der Wasserablauf regelmässig auf Verschmutzungen (Verstopfung der Leitung) zu kontrollieren. Es gilt die Vorschriften und Empfehlungen bezüglich Entkalken oder der Schutzanode des Lieferanten zu beachten.

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Argumente

4.1. Alternative zu Elektroboiler / zu fossiler Warmwasser-Bereitung / CO2 Die Warmwasserbereitung mit WP benötigt gegenüber einem konventionellen Elektroboiler ca. 2/3 weniger Elektroenergie. Da in der Schweiz die Stromerzeugung weitgehend ohne fossile Primärenergie (ohne Erdöl oder Erdgas) erfolgt, ist diese Lösung mit einem WP praktisch CO2-neutral und kostengünstig. 4.2. Kosten-Nutzen-Vergleich Der WP ist im Betrieb problemlos. Er benötigt praktisch nie ein Abtauen, da er in der Regel unter +8 °C Umgebungstemperatur nicht mehr betrieben wird. Ansonsten wird ein WP mit einem Abtausystem benötigt. Die meisten WP sind kompakt gebaut. Kompakte Geräte bestehen aus der aufgebauten Wärmepumpe, der Steuer- und Regelorgane und dem Boiler als Einheit. Die Energieeffizienz fällt günstig aus, denn man benötigt für die Warmwasserbereitung nur noch ca. 1/3 Energie gegenüber einem Elektroboiler. Da auch ein WP normalerweise, analog dem konventionellen Elektroboiler, in der Niedertarifzeit aufgeladen wird, kann mit den gleichen Energieprodukten gerechnet werden. Ein Vergleich lohnt sich unter www.topten.ch.

Energie- und Kostenvergleich

Elektro-Boiler

WarmwasserWärmepumpe

kWh/a

4‘500

1‘500

Investitionskosten

CHF

2‘000.-

4‘500.-

Amortisationskosten über 15 Jahre

CHF

133.-

300.-

Verzinsung bei 4%

CHF

40.-

90.-

Betriebskosten bei 14 Rp./kWh

CHF

630.-

210.-

Jahreskosten

CHF

803.-

600.-

Warmwasser- Temperatur 55 °C Jahresenergieverbrauch

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4.3. Beispiele von Aufstellorten Einsatz im Wäscheraum, wodurch die Wäschetrocknung beschleunigt und der Raum entfeuchtet wird.

Einsatz zum Kühlen des Vorratsraumes oder des Weinkellers. Gleichzeitig wird der Raum entfeuchtet.

Einsatz im Heizraum zum Kühlen des Vorratsraumes oder Weinkellers. Die Abwärme im Heizraum wird genutzt.

Einsatz im Heizraum zur Nutzung der Abwärme.

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Installation

5.1. Installationsanleitung Die Installationsanleitung des Lieferanten ist unbedingt zu beachten, insbesondere die Vorschriften und Sicherheitshinweise. Insbesondere: Die Warmwasser-Wärmepumpe darf nie mit leerem Gefäss betrieben werden. Wegen Vereisungsgefahr nie unter der minimalen Lufttemperatur betreiben, es sei denn, ein Abtausystem ist integriert. Kein Betrieb in Räumen mit Gasen, Dämpfen, Staub und Aerosolen. Aufstellungsort: Der WP ist genau ins Lot zu stellen, Einstellfüsse sind zu fixieren. Wichtig sind die Wandabstände gemäss Lieferanten zu beachten. Ideale Raumhöhe für „freiblasende“ Aufstellung (ohne Luftkanäle) ist in der Regel zwischen 2.30 und 2.50 Metern. Luftführung: Beim Betrieb ohne Luftkanäle ist darauf zu achten, dass kein luftseitiger Kurzschluss entsteht, indem die ausgeblasene Luft direkt wieder angesaugt werden kann. Ein Rohrbogen von 90° kann dabei Abhilfe schaffen. Die maximale Länge der Lüftungskanäle ist in der Regel zwischen 10 bis 20 Meter. Sanitäranschluss: Anbindung an Sanitärinstallation möglichst optimieren. Die Installation eines WP ist so einfach wie ein Elektroboiler. Es braucht auf der Sanitärseite einen Kalt- und Warmwasseranschluss, sowie evtl. die Rückführung einer Zirkulationsleitung zurück in den Boiler. Dabei ist zu beachten, dass die Warmwasserschichtung mit dieser Zirkulationseinführung nicht gestört wird. Kurze Ausstossleitungen sind deshalb von Vorteil. Bei längeren Versorgungsleitungen wird evtl. eine Zirkulationspumpe benötigt, die nur teilweise laufen muss. Ein Wasserablauf (mit Syphon) für das anfallende Kondensat muss vorhanden sein. Elektroanschluss: Die meisten WBP werden an 230V/50Hz angeschlossen. Dabei ist auf die Absicherung zu achten. Die Werte sind den Lieferanten-Vorschriften zu entnehmen. Sie betragen in der Regel zwischen 10 bis 16 Amp. träg. Interessant bezüglich Energiekosten ist ein Betrieb, bei welchem der WP und die elektrische Zusatzheizung durch eine Schaltuhr nur nachts freigegeben werden und damit im günstigen Nachttarif arbeiten. Dies bedingt, dass die 300 Liter Warmwasser-Kapazität tagsüber ausreichend ist. Inbetriebnahme: Bei der Inbetriebnahme eines WP ist ein Inbetriebsetzungsprotokoll zu erstellen und sämtliche Daten einzutragen. Insbesondere ist darauf zu achten, dass sämtliche Sollwerte richtig eingestellt und diese im Protokoll notiert werden. Die Instruktion und die Übergabe an die Bauherrschaft sind so durchzuführen, dass es keine offenen Fragen gibt und der Anlagenbesitzer den WP problemlos betreiben kann. Störung und Fehlersuche: Da praktisch jeder Lieferant eigene Vorstellungen für Service und Störungsbehebung (Produkt spezifische Vorgaben) hat, empfiehlt es sich, dass die Anlagenbesitzer darüber bei der Übergabe orientiert und instruiert werden. Fragen oder auch Instruktionen zu Störungen sollen aus der Installations- und Betriebsanleitung entnommen werden. Für allfällige Störungsbehebung muss eine Kontaktstelle aufgeführt sein.

Dieses Merkblatt ist im Auftrag der BKW Energie AG durch die Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz (www.fws.ch) erstellt worden. Version 1.0 / September 2013