Wärmepumpen

Über den Konfigurator in der Heizung kann die Wärmepumpe direkt angelegt werden. Ebenfalls gibt es die Option eine Wärmepumpen-Kaskade zu konfigurieren.

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Folgende Wärmepumpentypen stehen zu Auswahl:

Sole-Wasser

Luft-Wasser

Wasser-Wasser

Gas-Wärmepumpe (Ad-/Absorption)

Luft-Luft Klimagerät

Trinkwasserwärmepumpe (Kellerluft) / Brauchwasserwärmepumpe

Detaileingaben zur kompakten Wärmepumpen Eingabe (ab Version 13.1)

Über das Werkzeugsymbol, kann die Wärmepumpe weiter definiert werden

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Das neue Fenster bietet nun mehrere Detaileingaben für die Berechnung.

Nennleistung

Ist die Nennleistung der vorhandenen Wärmepumpe aus Herstellerangaben oder Planungsunterlagen nicht bekannt, wird dieser nach DIN V 18599-5 ermittelt.

Hierbei wird die anzusetzende maximale Gebäudeheizlast (DIN V 18599-5:2018-09 Abs. 5.4) herangezogen.

Bei Herstellerangaben wird die Leistung von Wärmepumpen anhand von Temperaturangaben der Wärmequellentemperatur und der Vorlauftemperatur des Heizwärmeabgabesystems entsprechend der Europäischen Norm EN 14511 angegeben.

Wärmequelle

Bei der Auswahl der Wärmequelle stehen die folgenden Quellenarten zur Verfügung:

Grundwasser

über einen Saugbrunnen wird Grundwasser gefördert und dessen Wärme von der Wärmepumpe als Quelle genutzt. Über einen zweiten Schluckbrunnen wird das leicht abgekühlte Wasser in einigen Metern Entfernung dem Grundwasser wieder zugeführt.

Tiefe Erdwärme

über eine Erdbohrung wird Sole (Wasser mit meistens Glykol als Frostschutz) in einem geschlossenen Kreislauf in tiefere Erdschichten herab und wieder hinauf gepumpt. Das auf dem Weg erwärmte Wasser dient als Quelle.

Bodennahes Erdreich

über einen im Erdreich verlegten geschlossenen Rohrkreislauf (Flächenkollektor oder Erdkörbe) wird Sole (Wasser meistens mit Glykol als Frostschutz) durch bodennahes Erdreich gepumpt. Das vom Erdreich erwärmte Wasser dient als Quelle.

Außenluft

Außenluft ist die am häufigsten genutzte Wärmequelle, da diese direkt außerhalb des Gebäudes zur Verfügung steht und kein großer technischer Aufwand für die Erschließung notwendig wird. Hierfür ist technisch nur ein Wärmetauscher notwendig. Da Luft aber nur eine relativ geringe Wärmekapazität (Wärmemenge pro Volumen) besitzt, im Vergleich zu Wasser, werden hierfür relativ große Luftmengen benötigt, um die benötigte Wärmemenge “einsammeln” zu können. Bei den üblichen Außenluft-Wärmepumpen wird daher die Außenluft mit einem “Ventilator” am Wärmetauscher vorbei geblasen.

Außenluft mit Dachkollektoren

auch hier dient Außenluft als Wärmequelle. Statt die vorbeiströmende Menge an Luft mit einem “Ventilator” zu erhöhen, kommt hier ein Wärmetauscher mit einer deutlich größeren Fläche zum Einsatz. Große “ungenutzte” Flächen stehen bei den meisten Häusern auf deren Dächern zur Verfügung. In der Regel kombiniert man Dach-Wärmetauscher mit PV-Kollektoren zur Stromerzeugung, dadurch wird die Dachfläche doppelt genutzt - oben Stromerzeugung, darunter Wärmeaufnahme aus der vorbeiströmende Außenluft - Abkürzung PVT.

Im Gegensatz zur Solarthermie ist die direkte Erwärmung des Wärmeträgermediums durch die Sonne bei offenen Wärmekollektoren nur ein willkommener Nebeneffekt. Die Dachkollektoren müssen von der Dimensionierung her auch im Winter, ohne Sonnenstrahlung, in der Lage sein, der vorbeiströmenden Außenluft ausreichend Wärme zu entziehen. Im Unterschied zur Solarthermie muss die Temperatur des Wärmeträgermediums bei der Verwendung einer Wärmepumpe aber nur um einige wenige Grad erhöht werden.

Kellerluft / Trinkwasserwärmepumpe (Kellerluft) / Brauchwasserwärmepumpe

insbesondere als Wärmepumpen für die reine Warmwassererzeugung gibt es spezielle Geräte zur Aufstellung in unbeheizten Kellerräumen, die die umgebende Kellerluft als Wärmequelle nutzen. Kellerluft-Wärmepumpen werden oft als ein festes Gerät oder eine feste Gerätekombination mit einem Warmwasserspeicher angeboten. Die Wärmepumpe nutzt die Kellerluft des Aufstellraums oder eines Raumverbunds und erwärmt das Wasser im Speicher. Die DIN 18599 bietet für Kellerluft-Wärmepumpen keine separate Berechnung an, weist aber darauf hin, dass diese als Abluft-Wärmepumpen mit einer monatlich konstanten Quellen-Luft-Temperatur von 13 °C berechnet werden können. Von der Auslegung und Aufstellung der Anlage her muss allerdings sichergestellt sein, dass die entzogene Wärmemenge durch die Umgebungsraumluft auch geliefert werden kann (Raumverbund, Luftkanäle, etc.).

Abluft von Wohnungslüftungsanlagen

Wärmepumpen, die die Abluft von Wohnungslüftungsanlagen als Wärmequelle für die Beheizung oder die Warmwasserbereitung nutzen, werden nach DIN 18599-6 berechnet. Hierfür stellt der Anlagen-Konfigurator den separaten Erzeugertyp “Abluft-Wärmepumpe” zur Verfügung. Wärmepumpen, die als Wärmequelle Abluft von außerhalb des Bilanzraumes verwenden, können in der bisherigen ausführlichen Erfassung mit den entsprechenden Monatstemperaturen berechnet werden.

Bivalenztemperatur

Ist bei tiefen Außentemperaturen eine Unterstützung der Wärmepumpe durch einen zweiten Wärmeerzeuger nötig oder sinnvoll, so wird bei der Auslegung der Gesamtanlage eine Bivalenztemperatur festgelegt, bei deren Unterschreitung sich ein zweiter Wärmeerzeuger hinzuschaltet. In der kompakten Erfassung wird standardmäßig von einem Hinzuschalten des zweiten Wärmeerzeugers ausgegangen - Parallelbetrieb. Bei Standardkennlinien nach Norm und einer Standardleistung erwartet die Norm für leistungsgeregelte Wärmepumpen eine Bivalenztemperatur von -7°C, für Wärmepumpen mit einer konstanten Leistung eine Bivalenztemperatur von -2°C.

Elektrische Nachheizung

Als zweiten zusätzlichen Wärmeerzeuger kann man über diese Checkbox einen “Heizstab” (elektrische Nachheizung, auch elektrisches Backup-System genannt) auswählen. Dieser kann in der Wärmepumpe selber integriert sein oder im Pufferspeicher. Dies spielt für die Berechnung nach DIN 18599 keine Rolle. Ein Heizstab wird hier zusammen mit der Wärmepumpe bilanziert und z.B. im Energieflussdiagramm mit ausgegeben. Alternativ kann z.B. ein Heizkessel als zweiter Wärmeerzeuger (Hybrid-System) über den Anlagenkonfigurator hinzugenommen werden. Für diese gibt es dann einen separaten Erfassungsdialog für die Eingabe der Detaildaten.

Leistungsgeregelter Verdichter

Bei modernen Wärmepumpen kann die Heizleistung an die aktuelle Wärmeanforderung angepasst werden, um eine möglichst gleichmäßige und durchgehende Betriebsweise zu erzielen. Dies geschieht durch eine Anpassung der Drehzahl des Verdichters. Der Verdichter ist die teuerste Komponente einer Wärmepumpe, dessen gegeneinander beweglichen Teile mechanisch hochpräzise gefertigt sind und für die jede Anlaufphase die größte Belastung darstellt. Eine leistungsgeregelte Wärmepumpe kann in jedem Betriebspunkt zwischen einer maximalen und minimalen Leistung gefahren werden. Man spricht auch von modulierender Betriebsweise. Bei kleineren Leistungen findet, wie bei einstufigen Wärmepumpen mit einer festen Leistung, ein Ein- und Ausschalt-Betrieb statt, das sogenannte Takten.

Sperrzeit der Stromversorgung

Im Stromtarif des Energieversorgungsunternehmens kann ein Abschalten der Wärmepumpe zu Zeiten mit hohem Strombedarf vereinbart sein. Dadurch verringert sich die maximal mögliche tägliche Betriebszeit für die Wärmepumpe und damit auch die maximal erzeugbare Wärmemenge pro Tag. Dies muss bei der Dimensionierung der Wärmepumpe berücksichtigt werden.

Heizungs-Auslegungstemperaturen und maximale Abgabe-Temperatur der Wärmepumpe

Über die Auslegung des Heizungssystems im Gebäude sind die Vorlauf- und Rücklauf-Temperaturen eines Heizkreises festgelegt. Das Zahlenpaar gibt die Vorlauf- und die Rücklauf-Temperatur unter Auslegungsbedingungen an, also bei Normaußentemperatur. Dies ist die kälteste zu erwartende Temperatur, bei der die Heizungsanlage leistungsmäßig noch in der Lage sein muss, das Gebäude noch auf die Solltemperatur zu beheizen. Bei den vorgegebenen monatlichen Bilanzaußentemperaturen ergeben sich für den kältesten Monat etwas geringere Vorlauftemperaturen. Diese maximale Vorlauftemperatur wird oberhalb der Auswahlbuttons ausgegeben. Für die Warmwassererzeugung wird mit festen 60°C gerechnet.

In der Auswahlreihe darunter kann die maximale Abgabetemperatur eingestellt werden, die die Wärmepumpe an das Heizungssystem abgeben kann (maximale Vorlauftemperatur der Wärmepumpe ϑvl,max). Diese Temperatur hängt von der Bauweise der Wärmepumpe ab. Es gibt Wärmepumpen, die speziell für hohe Temperaturen konstruiert sind, z.B. für die Warmwasserbereitung oder die Beheizung im Altbau. Liegt die maximale Abgabetemperatur der Wärmepumpe unter der Temperaturanforderung, so muss die weitere Temperaturerhöhung über den zweiten Wärmeerzeuger (Heizstab, Kessel) erfolgen.

Thermische Trägheit des Heizungssystems

Die “thermische Trägheit” des Heizungssystems wird durch die verbauten Komponenten und deren Warmwasservolumen bestimmt. Fußbodenheizungen haben eine hohe thermische Trägheit, Heizkörper in der Regel eine geringere.

Heizkörper werden üblicherweise mit einem Pufferspeicher kombiniert, was die Trägheit wieder erhöht. Die thermische Trägheit spielt eine Rolle bei der Dauer der möglichen Stillstandszeit des Wärmepumpensystems, in der die Raumtemperatur in gewissen Grenzen etwas absinken darf.

Diese Angabe dient zur Bestimmung des Korrekturfaktors (Teillastfaktors) fPint für den Teillastbetrieb gemäß DIN V 18599-5: 2018-09, Tabelle C.11. Hierbei wird die thermische Trägheit des Verteilsystems und der Wärmepumpe berücksichtigt. Des Weiteren wird die Laufzeit der Wärmepumpe (in Abhängigkeit des Lastfaktors1 und der Art der Heizungsanlage) bestimmt.

Wenn die Wärmepumpe keinen integrierten Speicher hat, kann die Art des Wärmeverteilsystems geändert werden auf Konvektoren/Radiatoren mit Speicher.

Der Speicher in der Verteilung ist für die Berechnung der Wärmepumpe nicht notwendig, hier geht es, um die Berechnung der Speicherverluste.

Umschaltung in die bisherige ausführlichere Wärmepumpen-Erfassung

über die Schaltfläche “weitere Eingaben” und die Checkbox “kompakte Erfassung” kann zwischen dieser kompakteren Darstellung der Erfassung und der bisherigen ausführlichen Erfassung gewechselt werden.

Über den Tabreiter “Ergebnisse” kann man auf eine separate Ergebnisseite wechseln, auf der Diagramme mit Monatswerten für einige Teilergebnisse dargestellt werden, die die Wärmepumpen-Berechnung transparenter und nachvollziehbarer machen.

Details zur ausführlichen Wärmepumpen Erfassung

beim Wechsel in die ausführliche Wärmepumpen Erfassung, stehen dieselben Grunddaten zur Verfügung

im Gegensatz zur Kompakterfassung, kann die Betriebsweise angepasst werden

• Alternativbetrieb

• Parallelbetrieb

• Teilparallelbetrieb 

• Abluft/Fortluft → über das Dropdown Menü wird die Umgebungstemperatur festgelegt , hierüber können Kellerluft Wärmepumpen bilanziert werden

• WRG vor Fortluft-Wärmepumpen geschaltet->  Wenn vor der Fortluftwärmepumpe ein Wärmeübertrager geschaltet ist, um die Fortlufttemperatur abzusenken, muss das entsprechende Häkchen aktiviert werden.

Verknüpfung zum Speicher 

Es kann die Verknüpfung zu den angelegten Speichern vorgenommen werden. 

Hilfsenergie Primärkreis / Sekundärkreis

In der Bilanzierung der Wärmepumpen kann es zu einer relativ hohen Hilfsenergie kommen. Wichtig sind die eingerahmten Werte, hierbei handelt es sich um Werte ist nach 18599-5.

In der DIN 18599-5 wird hierzu folgendes erläutert: [Dieser Wert kann den Prüfstandsmessungen nach DIN EN 14511-3 oder den Produktwerten entnommen werden]

Wenn man sich über den angezeigten schwarzen Pfeil die Werte zurücksetzen lässt, stellt man fest, dass es hier eine relativ große Abweichung geben kann und die Hilfsenergie deutlich geringer ausfällt.

Diese Werte werden aus dem IBP-Rechenkernel übernommen, dieser rechnet die Standardwerte entsprechend eines Auslegungs-Dokumentes. Dabei gilt:

• Der Standardwert des Volumenstromes des Primärkreises ist direkt von der Nennleistung abhängig.

→ Ändert sich die Nennleistung, muss sich auch der Standardwert von  ändern.

• Bei der Berechnung für den Sekundärkreis wird neben der Nennleistung auch die Temperaturspreizung berücksichtigt.

→ Mit Temperaturspreizung ist die Auslegung im Heizkreis gemeint.

Luft-Luft-Klimagerät

Über den Konfigurator in der Heizung kann die Wärmepumpe direkt angelegt werden.

Folgende Wärmepumpentypen stehen zu Auswahl:

• Kompaktgeräte - Nicht stetig leistungsgeregelt

• Split (Simultan Multi) - Nicht/stetig leistungsgeregelt

• Multi -Split - Nicht/stetig leistungsgeregelt

• VRF-Systeme - Stetig leistungsgeregelt

Leitungsstufe

• Einstufig

• zweistufig

• stetig leistungsgeregelt

Detaileingaben zum Luft-Luft Klimagerät

Klimageräte sind kleine Luft-Luft-Wärmepumpen, die im Sommer als Kühlgeräte eingesetzt werden, in den kalten Jahreszeiten aber auch zur Beheizung verwendet werden können. Hierfür wird die Betriebsweise der Wärmepumpe einfach umgekehrt. In der weiteren Erfassung kann der genauere Typ differenziert werden zwischen Kompaktgeräten (angebracht einfach in der Außenwand oder über einem Fenster), Split-Geräten (ein Außengerät und ein Innengerät) und Multi-Split-Geräten (mit mehreren Innengeräten).

VRF-Geräte werden auch über diese Option erfasst. VRF steht für Variable Refrigerant Flow, also Variabler Kältemittelmassenstrom. VRF-Geräte sind grob vereinfacht die Fortsetzung von Multi-Split-Geräten hin zu einem gebäudeweiten Klimasystem (mit Innengeräten in jedem Raum). Im Gegensatz zu einem "normalen" zentralen Wärmepumpensystem erfolgt hierbei die Wärmeverteilung nicht über Warmwasserleitungen, sondern hier zirkuliert das Wärmepumpen-Kältemittel selber im Wärmeverteilungskreislauf. Eine vorhandene Warmwasserverteilung wird daher automatisch entfernt. Bei der Wärmeübergabe-Komponente ist nur die Anbindung an die versorgte Zone bzw. die versorgten Zonen zu wählen. Bei einem Wohngebäude ist hier die Zone Wohnen automatisch vorgegeben.

Über das Werkzeugsymbol, kann die Wärmepumpe weiter definiert werden

Die Eingabemöglichkeiten sind erstmal identisch zur grundsätzlichen Wärmepumpenerfassung im oberen Abschnitt.

Luft-Luft Wärmepumpen können nur im Bereich der Heizung definiert werden, für die Warmwassererzeugung ist es nach DIN 18599-8 Punkt 6.4.3.1  nicht möglich eine Luft-Luft Wärmepumpe zu bilanzieren.