Total Equivalent Warming Impact - was Sie über TEWI und Wärmepumpen wissen müssen

Auf das Heizen und Kühlen von Gebäuden entfällt etwa ein Drittel des Gesamtenergieverbrauchs der Europäischen Union, und fast drei Viertel der Heizenergie wird immer noch aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Mit anderen Worten: Um das EU-Ziel zu erreichen, die Emissionen aus dem Gebäudebestand bis 2050 auf Null zu reduzieren, müssen wir eindeutig auf nachhaltigere Technologien umsteigen. Aber wie können wir verschiedene Technologien vergleichen, um die fundiertesten und nachhaltigsten Entscheidungen zu treffen? Hier ist das TEWI-Konzept sehr hilfreich, da es einen Vergleich der Umweltauswirkungen verschiedener Produkte ermöglicht.

Das TEWI-Konzept

Um die Nachhaltigkeit einer Wärmepumpe zu bewerten, verschiedene Modelle zu vergleichen, die auf unterschiedlichen Technologien basieren, und dann die richtige Wahl zu treffen, müssen wir das TEWI-Konzept betrachten und verstehen.

TEWI steht für Total Equivalent Warming Impact, ein Index, der das globale Verhalten einer Wärme-Kälte-Kombination während ihres Lebenszyklus im Hinblick auf den Beitrag zu den Treibhausgasemissionen misst. Die Umweltauswirkungen einer Wärmepumpe hängen nämlich von einer Reihe verschiedener Faktoren ab:

1. die eingesetzte Technologie, die sich in einer
   höheren oder niedrigeren Effizienz niederschlägt
2. Art und Menge des verwendeten Kältemittels
3. Die Betriebsbedingungen und das Lastprofil der Wärmepumpe
4. Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen für den Betrieb der Wärmepumpe
5. CO₂-Emissionen im Zusammenhang mit der Herstellung, Wartung und Entsorgung des Geräts

Der TEWI-Index wird durch die folgende Beziehung dargestellt, die aus der Summe von zwei Hauptkomponenten besteht:

TEWI = DGW + IGV [tCO₂e]

DGW = Direkte globale Erwärmung; misst die direkten CO₂-Emissionen durch die Freisetzung von Treibhausgasen (Kältemittelleckage)

IGW = Indirekte globale Erwärmung; misst die CO₂-Emissionen zur Erzeugung von Strom oder thermischer Energie durch einen Generator mit anderen Brennstoffen

Wie wir weiter unten sehen werden:

• Der GWP-Wert des Kältemittels trägt zum DGW-Wert bei.

• In der Lebensdauer einer Wärmepumpe ist der IGW-Index um eine Größenordnung höher als der DGW-Index.
• Die Effizienz einer Wärmepumpe ist wichtiger als ihr GWP-Wert.
  
  

DGW – direkte Emissionen

DGW=(GWP*L*M*n) + (GWP*M(1-a)) (1)

Wobei:

GWP = Globales Erwärmungspotenzial (spezifisch für das Kältemittel)
L = Jährliche Verlustrate
M = Kältemittel-Füllmenge [kg]
n = Nutzungsdauer [Jahre]
a = Rückgewinnungsfaktor (Menge des abgesaugten und wiederverwendeten Kältemittels vor der Entsorgung der Anlage)

• Der erste Teil (GWP*L*M*n) bewertet die Auswirkungen von Emissionen, die auf Kältemittelleckagen während des Betriebszyklus des Geräts zurückzuführen sind.

• Der zweite Teil (GWP*M(1-a)) berücksichtigt die Emissionen, die auf das in der Anlage verbliebene und nach der Entsorgung nicht zurückgewonnene Kältemittel zurückzuführen sind.

Beispiel 1 – direkte Emissionen

IGW – indirekte Emissionen

IGW = (n*E*B) + (C*Ms)+(n*G*U) (2)

Dabei gilt:

n = Nutzungsdauer [Jahre]
E = Gesamtstromverbrauch pro Jahr [kWh]
B = Intensität der CO₂-Emissionen (für die Erzeugung von 1 kWh Strom freigesetztes CO₂) [kgCO₂]
C = Umrechnungsfaktor für CO₂-Emissionen, die der Herstellung, Wartung und Entsorgung zuzurechnen sind. [kgCO₂/kg]
MS = Masse der vollständigen Einheit [kg]
G = Jahresverbrauch an fossiler Energie [kWh]
U = Umrechnungsfaktor für fossile Brennstoffe [kgCO₂]

• Der erste Teil (n*E*B) bewertet die Emissionen, die auf den Stromverbrauch zurückzuführen sind (Betrieb des Geräts und seiner Hilfskomponenten). Der jährliche Gesamtstromverbrauch kann mit Hilfe von Energieanalysetools unter Berücksichtigung der Klimadaten des Aufstellungsorts, des BIN-Temperaturprofils*, der Betriebsbedingungen für Heizung/Kühlung oder unter Verwendung des Lastprofils gemäß der Norm EN14825 und der saisonalen Effizienzwerte des Geräts (SCOP, SEER) ermittelt werden.
  (*Die BIN-Methode berechnet die Gebäudelast, indem sie die Anzahl der Stunden pro Jahr ermittelt, in denen die durchschnittliche Außentemperatur des untersuchten Standorts in einem Temperaturbereich oder „Bin“ lag. Durch Addition der Last für jeden dieser Temperaturbereiche wird der jährliche Energiebedarf ermittelt.)
• Der Parameter B (Intensität der CO₂-Emissionen) hingegen bezieht sich auf das bei der Stromerzeugung freigesetzte CO₂. Letzteres variiert daher von Land zu Land beträchtlich, je nach dem Mix der verwendeten Erzeugungsquellen: Je besser der Quellenmix, mit einem höheren Anteil an erneuerbaren Energien, desto niedriger der Emissionsintensitätsindex (siehe die nachstehenden Diagramme).
  
  
  
  
• Der zweite Teil (C*Ms) bewertet die Emissionen, die der Produktion, Wartung und Entsorgung der Wärmepumpe zuzuschreiben sind. Dies ist sicherlich ein Begriff, der nicht leicht zu schätzen ist, aber in der Literatur sind Referenzmodelle zu finden.
• Der dritte Teil (n*G*U) bewertet die Auswirkungen der Emissionen, die durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe entstehen. Es liegt auf der Hand, dass kein Beitrag zu den Emissionen berücksichtigt werden sollte, wenn keine fossilen Brennstoffe verwendet werden und daher nur die elektrische Wärmepumpe eingesetzt wird.
  
  

Beispiel 2 – indirekte Emissionen

Ein praktischer Bewertungsfall – drei verschiedene Typen von Luft-Wasser-Wärmepumpen

Randbedingungen:

• „Mittlere“ klimatische Bedingungen, für die Anwendung im Komfortbereich gemäß EN14825;

• Nutzungsdauer: 10 Jahre;

• Jährliche Verlustrate 3 %, Rückgewinnungsfaktor 80 %, Emissionsintensität 0,25 kg CO₂/kWh
  
  

Standard-Wärmepumpe (R410A)	Hocheffiziente Wärmepumpe (R32)	Hocheffiziente Wärmepumpe (R290)
HFKW-Gas mit hohem GWP (2.088) Standard-Energieeffizienz Hermetische Scrollverdichter TEWI = 507 t CO2e	HFKW-Gas mit durchschnittlichem GWP (675) Hohe Energieeffizienz Hermetische Scrollverdichter TEWI = 431 t CO2e	Natürliches Kältemittel: Propan, GWP = 3 (gemäß AR4) Hohe Energieeffizienz Alternative Kompressoren TEWI = 405 tCO2e

Das Gerät mit den geringsten Auswirkungen auf die CO₂-Emissionen ist die Wärmepumpe mit dem natürlichen Kältemittel Propan (R290) (TITAN Sky HP 20.2), mit einem TEWI = 405 t CO₂e.

Im Vergleich zu den beiden anderen Geräten ergibt sich eine spezifische TEWI-Reduzierung in Höhe von:

Wir können den TEWI-Vergleich erweitern und dabei auch die unterschiedlichen CO₂-Emissionsintensitäten für die Stromerzeugung berücksichtigen, die, wie bereits erwähnt, von Land zu Land unterschiedlich sind und vom Anteil der erneuerbaren Energiequellen abhängen.

Es ist zu beachten, dass - bei gleicher Wärmepumpe und anderen Bedingungen - der TEWI-Wert und der Treibhauseffekt eines Geräts umso geringer sind, je niedriger der Emissionsintensitätsindex für die Stromerzeugung in einem bestimmten Land ist.