Bei konventionellen Verbrennungssystemen wird aus fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas in einem Direktverbrennungsprozess die nötige Wärme für die Raumheizung und die Brauchwasserversorgung gewonnen. Die von hocheffizienten Wärmepumpen verbrauchte elektrische Energie hingegen macht nur einen Bruchteil des fossilen Brennstoffs aus, der zur Erzeugung derselben Wärmemenge mittels der herkömmlichen Methoden benötigt wird. Selbst wenn Verluste bei der elektrischen Stromerzeugung in Kauf genommen werden müssen, verbrauchen Wärmepumpen weniger Primärenergie als Geräte, die Wärme durch Verbrennung erzeugen.
Neue EU-Richtlinien versetzen die Verbraucher nun in die Lage, unterschiedliche Produkte und Technologien direkt zu vergleichen. Diese schreiben ein neues Kennzeichnungsschema vor, das einen deutlichen Vergleich des Primärenergieverbrauchsfaktors (%) ermöglicht. Aufgrund des Fokus der Europäischen Union auf hocheffiziente Produkte und erneuerbare Energiequellen in Verbindung mit dem steigenden Bewusstsein unter den Verbrauchern ist auf dem Markt für Wärmepumpen mit einem kontinuierlichen Wachstum zu rechnen. Die weitere Effizienzsteigerung der Geräte ist das erklärte Ziel jedes Wärmepumpenherstellers. Deshalb hat Emerson Climate Technologies in Ergänzung zu der auf Wärmetechnik spezialisierten Copeland Scroll-Technologie eine neue und umfassende Lösung mit Drehzahlregelung und unterschiedlichen Integrationsgraden eingeführt. Mit diesem neuen Angebot erreicht die Verdichtertechnologie für Wärmepumpen mit ihrer Qualität, Robustheit und Zuverlässigkeit ein völlig neues Niveau an Leistung und Effizienz. Die Lösungspalette reicht von einem auf Wärmetechnik spezialisierten Scrollverdichter mit Drehzahlregelung, bürstenlosem Permanentmagnetmotor und darauf abgestimmtem, hocheffizientem Frequenzumrichterantrieb bis hin zu einem kompletten Heizmodul, das direkt in ein bestehendes Wärmepumpensystem beim Kunden integriert werden kann.
Übersicht der Europäischen Rechtsakte für Heizungsanwendungen
In Wohnhäusern und kommerziell genutzten Gebäuden wird der Großteil der Energie für die Erzeugung von Warmwasser zum Heizen und zu sanitären Zwecken verwendet. Heute stammen nahezu 88 Prozent der zur Warmwassererzeugung genutzten Energie aus Verbrennungssystemen, die nicht erneuerbare fossile Brennstoffe nutzen. Wenn direkte Verbrennungssysteme auf Basis von fossilen Brennstoffen durch Systeme ersetzt werden, die effiziente erneuerbare Umgebungswärme“ nutzen, können Energieverbrauch und CO2-Emissionen ohne Komforteinbuße für die Verbraucher deutlich gesenkt werden.
Die Art und Weise, wie Energie in Wohn- und Gewerbegebäuden genutzt und verbraucht wird, ist eine der wichtigsten Herausforderungen der kommenden Jahren. Faktisch entfallen ca. 40 Prozent des Primärenergieverbrauchs in Europa auf den Gebäudesektor. In der Erneuerbare-Energien-Richtlinie sind Wind, Wasser und Geothermie als erneuerbare Energiequellen festgelegt und Wärmepumpen als effektive Technologie zu deren Nutzung anerkannt. Wärmepumpen ermöglichen eine energieeffiziente und saubere Warmwassererzeugung für die Raumheizung und die sanitäre Verwendung. Obwohl sich das technische Know-how zur Wärmepumpentechnologie seit Langem bewährt hat, genießen Wärmepumpen noch keine breite öffentliche Anerkennung. In Europa hat sich bisher nur in einigen Ländern ein breiterer Markt etabliert, der nur einen geringen Anteil der gesamten notwendigen Heizleistung in Europa ausmacht.
Die Situation in Europa
Warmwasserbereiter mit geringer Effizienz auf Basis von fossilen Brennstoffen oder direkter elektrischer Heizung werden in der Europäischen Union weiter vertrieben. Verbraucher machen ihre Verkaufsentscheidung hauptsächlich von den ursprünglichen Anschaffungskosten abhängig und nicht von den Kosten über den gesamten Lebenszyklus. Dies ist auch eine Folge davon, dass die Informationen zur Energieeffizienz bisher beschränkt und nicht klar gegliedert waren. Häufig sind sich die Verbraucher daher über das volle Einsparungspotenzial bei den laufenden Kosten nicht im Klaren. Darüber hinaus verfügen Händler und Installateure, die Heizungsanlagen an Verbraucher verkaufen, nicht über standardisierte Informationen und können oft keine vollständigen Angebote für Verbraucher erstellen, die maßgeschneiderte Pakete mit erneuerbaren und Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien beinhalten. Das Europäische Parlament hat dieses Defizit in der Gesetzgebung und an Informationen erkannt und als Reaktion darauf zahlreiche Richtlinien festgelegt und formalisiert. Damit soll die Branche zur Entwicklung von Produkten mit besserer Energieeffizienz und höherer Leistung veranlasst werden, auf der Grundlage von Standards, die für die Verbraucher leicht nachvollziehbar sind. Mit den Richtlinien zur Nutzung von erneuerbaren Energien, zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden und der Ökodesign-Richtlinie, die energieverbrauchsrelevante Produkte umfasst, hat die EU einen Anforderungsrahmen für die Verwendung umweltfreundlicher Technologien festgelegt, bei denen erneuerbare Energien eingesetzt werden.
Richtungsweisende EU-Richtlinien
Seit der Veröffentlichung der Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen (2009/28/EG, Richtlinie über Energie aus erneuerbaren Quellen, § 2) sind Wärmepumpen offiziell Teil dieser Entwicklung. Die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden wurde ursprünglich 2002 beschlossen und durch eine 2010 beschlossene Neufassung ersetzt. Das Potenzial für Energieeinsparungen und die Verringerung von CO2-Emissionen in neuen wie auch in alten Gebäuden ist daher signifikant. Die Richtlinie bezieht sich sowohl auf Neubauten als auch auf Wohnbestand, an dem grundlegende Renovierungsarbeiten durchgeführt werden. Die Ökodesign-Richtlinie bildet den Rahmen für die Festlegung von verbindlichen Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung in spezifischen Produktkategorien. Das bedeutet, dass sämtliche Auswirkungen eines Produkts auf die Umwelt, von der frühesten Entwicklungsphase an bis zum Ende seiner Lebensdauer und zum Recycling, bedacht werden müssen. Die Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung dürfen die Funktionalität oder die Sicherheit eines Produkts jedoch nicht beeinträchtigen oder sich negativ auf seine Erschwinglichkeit oder die Gesundheit der Verbraucher auswirken. Jedes Produkt, das diese Anforderungen nicht erfüllt, erhält keine CE-Kennzeichnung und darf somit in der Europäischen Union nicht vertrieben werden.
Kennzeichnungsschema für Heizkessel und Warmwasserbereiter
Die Ökodesign-Richtlinie zur umweltgerechten Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte umfasst Produkte, die Energie (z. B. Elektrizität, Gas oder andere fossile Brennstoffe) nutzen, erzeugen, übertragen oder messen. Dazu gehören auch Heizkessel, Computer, Fernsehgeräte, Waschmaschinen, Glühbirnen und Industrieprodukte wie Transformatoren, Industrielüfter und Industrieöfen. Energieverbrauchsrelevante Produkte decken ein breites Spektrum von Produktgruppen ab. Die Implementierung wurde dabei in mehrere Lots“ aufgeteilt. Von besonderer Bedeutung für den Komfortheizsektor ist das ENER Lot 1“. Es deckt Heizkessel und Raumheizungsgeräte wie Wärmepumpen und Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) mit einer Bruttowärmeleistung von bis zu 400 kW (oder 50 kW elektrischer Leistung bei KWK) ab. Ebenso bedeutsam ist Lot 2“, das Warmwasserbereiter von elektrischen Geräten mit einem einzigen Verwendungsort bis hin zu großen kommerziellen Speichereinheiten mit direkter Gasbefeuerung umfasst. Beide Lots schreiben Mindesteffizienzniveaus sowie Grenzwerte für Geräusch- und (soweit erforderlich) Stickstoffoxid-Emissionen (NOx-Grenzwerte) für die betroffenen Produkte fest und führen nach der Implementierung der Richtlinie Effizienzobergrenzen mit spezifisch gestuften Intervallen ein. Um die Einhaltung der Richtlinie durchzusetzen, sieht sie eine lokale Marktüberwachung und ein strenges Bußgeldsystem für die Nichteinhaltung vor.
Bisher gibt es keine angemessenen Leistungsdefinitionen und Teststandards zur Beurteilung des Primärenergieverbrauchs von Heizsystemen. Bei den im Beharrungszustand unter Volllast durchgeführten Effizienzmessungen blieben ausschlaggebende Schwankungen außer Acht. Unter realen Bedingungen wird eine Einheit durch Schwankungen der Wasser- und Außentemperatur, durch zyklisches Verhalten, die Raumsteuerungsstrategie und weitere Faktoren beeinflusst. Als Folge war ein einfacher, direkter und technologieunabhängiger Vergleich von Produkten derselben Kategorie unmöglich.
Über diese neue Richtlinie werden nun im Zusammenhang mit einer neuen Methode zur Effizienzberechnung Möglichkeiten eingeführt, die den Verbrauchern einen direkten Vergleich der unterschiedlichen Produkte und Technologien ermöglichen. Diese schreiben ein neues Kennzeichnungsschema vor (Bild 1), das einen klaren Vergleich der Leistung anhand des Primärenergieverbrauchsfaktors (%) ermöglicht. Die Richtlinie bietet auch eine Methodik bzw. Referenzvorgabe zur Ermittlung des %-Werts, der direkt mit der nach EN 14825 gemessenen Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe zusammenhängt.
Jahresarbeitszahlen
In der Richtlinie zu energieverbrauchsrelevanten Produkten wird EN 14825 als Referenzvorgabe für die Leistungsberechnung von Wärmepumpen verwendet. Diese Vorgabe trägt den Titel Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen mit elektrisch angetriebenen Verdichtern zur Raumbeheizung und -kühlung – Prüfung und Leistungsbemessung unter Teillastbedingungen und Berechnung der saisonalen Arbeitszahl“. Sie berücksichtigt sowohl feste als auch leistungsgeregelte Systeme und beinhaltet Klimadaten zur verbesserten Simulation tatsächlicher Betriebsbedingungen einer Wärmepumpe während eines gesamten Betriebsjahrs. In der Norm EN 14825 werden drei unterschiedlicheKlimazonen zum Heizen berücksichtigt: wärmer, durchschnittlich und kälter; hinzu kommt eine zum Kühlen. Es gibt drei Referenzstädte für die Klimata beim Heizen: Helsinki für die kältere Zone, Straßburg für die durchschnittliche Zone und Athen für die wärmere Zone. Jede Zone legt eine Mindestaußentemperatur und ein Jahresprofil fest, wie in Bild 2 dargestellt.
Sie definiert auch abhängig von den Anwendungen vier unterschiedliche Anforderungen für die Wassertemperatur (Bild 3).
Alte Heizkörper – sehr hohe Temperatur – Wasserauslegungstemperatur: 65 °C
Heizkörper – hohe Temperatur – Wasserauslegungstemperatur: 55 °C
Gebläsekonvektoren / Tieftemperaturheizkörper – mittlere Temperatur – Wasserauslegungstemperatur: 45 °C
Fußbodenheizung – Tieftemperatur – Wasserauslegungstemperatur: 35 °C
Darüber hinaus werden bei der Berechnung der Jahresarbeitszahlen auch Stand-by-Verluste und Eigenverbrauch berücksichtigt. Nach der Richtlinie zu energieverbrauchsrelevanten Produkten müssen die Ergebnisse aus der Berechnung der Jahresarbeitszahlen anschließend in den Primärenergieverbrauchsfaktor (%) übertragen werden. In der Richtlinie ist der Wert zur Umrechnung von elektrischer in Primärenergie auf 2,5 festgelegt. Dieser Wert soll das durchschnittliche Effizienzniveau der europäischen Mitgliedstaaten für elektrische Energieerzeugung widerspiegeln. Der Primärenergieverbrauchsfaktor wird dann im Kennzeichnungsschema in Bild 4 und Bild 5 verwendet. Für eine Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von beispielsweise 3,00 ist % = 120 Prozent. Das entspricht A+“ beim Betrieb bei einer höheren Wassertemperatur. Über die Ökodesign-Richtlinie ist die Mindestleistung von in der EU vertriebenen Produkten reguliert. Zusätzlich klassifiziert die Energieverbrauchskennzeichnung Produkte auf dem Markt gemäß ihrer Effizienz auf einer Skala von A (höchste Effizienz) bis G (niedrigste Effizienz). Durch bessere Informationen für die Kunden steuert sie den Markt so hin zu effizienteren Produkten. Die Fortsetzung im 2. Teil lesen Sie in der KK 9/2015
Enrico Fraccari,Manager Residential Comfort Marketing,Emerson Climate Technologies Europe" class="chapter-heading">Enrico Fraccari,Manager Residential Comfort Marketing,Emerson Climate Technologies Europe
