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Wärmepumpen
Auslegung einer Wärmepumpe Die richtige Auslegung einer Wärmepumpe ist für die Berechnung der Gesamtleistungsfähigkeit der Heizungsanlage äußerst wichtig. Eine überdimensionierte Wärmepumpe ist ebenso unwirtschaftlich wie eine zu klein ausgelegte Wärmepumpe. Als Faustformel gilt, dass jedes Grad Celsius geringe Heizwassertemperatur einen Anstieg des C.O.P. um etwa 2-2,5 % bewirkt. Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen ist dieser Effekt noch stärker ausgeprägt. Es ist also wichtig, bei der Auslegung der Wärmepumpe besonders auf die Leistungsfähigkeit und die Effizienz des gesamten Heizsystems zu achten. Fußbodenheizungsanlagen sind unter diesem Gesichtspunkt äußerst interessant, da sie den Betrieb mit relativ niedrigen Heizwassertemperaturen zwischen 30-38°C erlauben. Heizkörper oder Wärmetauschersysteme benötigen hingegen deutlich höhere Temperaturen ab etwa 50°C. Im Vergleich vermindert sich der C.O.P also deutlich. Standardmäßig werden Wärmepumpensysteme für eine maximale Wasseraustrittstemperatur von etwa 55°C ausgelegt. In einem Altbau, wo es nicht möglich ist, bestehende Heizungselemente zu ersetzen, sind höhere Temperaturen erforderlich.  Es kann daher bei sehr niedrigen Außentemperaturen notwendig werden, die Wärmepumpe mit anderen Energiequellen zu unterstützen. Je nach Standort und einflussnehmenden Verhältnissen kann beispielsweise zwischen Solarthermie, Photovoltaik mit Heizstab oder den bekannten fossilen Brennstoffen gewählt werden. Betriebsarten von Wärmepumpen Wärmepumpen werden je nach ihrer Installation in drei Hauptbetriebsarten eingeteilt: Monovalenter Betrieb Die Wärmepumpe ist der alleinige Wärmelieferant. Sie wird durch keine weiteren Heizsysteme unterstützt oder mit ihnen kombiniert. Monoenergetisch mit elektrischem Heizstab Die Wärmepumpe wird für den Betrieb wie üblich nur mit einem geringen Teil elektrischer Primärenergie versorgt. Bei besonders niedrigen Außentemperaturen unterstützt ein  Heizstab die Wärmepumpe. Dieser kommt nicht mehr als 5 bis 10 % der Gesamtzeit der Heizperiode zum Einsatz. Bivalenter Betrieb Die Wärmepumpe wird durch ein oder mehrere weitere fossile Heizsysteme unterstützt oder mit ihnen kombiniert. Ihre Eigenschaften haben einen Einfluss auf die Auslegung der Wärmepumpe. Gebäude und Standort Natürlich macht es einen Unterschied, ob eine Wärmepumpe in Schweden oder in Spanien betrieben wird, da sie ihre Wärmeenergie aus einem Medium der Umgebung bezieht. Die Temperaturcharakteristik des Standortes ist demnach ebenso wichtig wie die Eigenschaften des Gebäudes. Beispiel Standort: Stuttgart Stuttgart weist für etwa 6 Stunden im Jahr eine minimale Umgebungstemperatur von -14°C auf. Gebäude: Wohnhaus Innentemperatur von 20°C, Transmissionwärmeverlust von 9 Kilowatt bei -5°C Außentemperatur Die oben angegebenen Daten bilden die Grundlage für die folgenden Auslegungen von Wärmepumpen. Die im Folgenden angegebenen Transmissionswärmeverluste berechnen sich nach der Norm-Heizlast EN 12831 des jeweiligen Gebäudes, in denen die Wärmepumpe installiert wird. Lösung A – Monovalenter Betrieb Erd-Wärmepumpe Die Haupteigenschaften von Erd-Wärmepumpen sind eine gleichbleibende Heizleistung und ein hoher C.O.P., da sie von witterungsbedingten Einflüssen und den herrschenden Außenlufttemperaturen weitgehend unabhängig sind. Hier die Erd-Wärmepumpe WZH11, welche die im Beispiel benötigte Heizleistung abgibt. Sie bietet eine Heizleistung von 12,3 Kilowatt und eine Heizwasseraustrittstemperatur von 35°C bei einer Quellwassertemperatur von 0°C. Luft-Wasser-Wärmepumpe Luft-Wasser-Wärmepumpen sind von witterungsbedingten Einflüssen beziehungsweise den herrschenden Außenlufttemperaturen abhängig. Die Heizleistung und der C.O.P. variieren daher. Unsere mit EVI-Technologie ausgestatteten Luft-Wasser-Wärmepumpen leisten jedoch auch bei einer Außenlufttemperatur von -14°C eine Heizleistung von 12,1 kW. Es wird eine Warmwasseraustrittstemperatur von 55°C erreicht. Ergebnis Soll für das angenommene Wohnhaus in Stuttgart eine monovalente Luft-Wasser-Wärmepumpe eingesetzt werden, muss sie wegen des kältesten Teils der Heizperiode recht groß ausgelegt werden. Für den Rest der Heizperiode ist sie dann jedoch überdimensioniert. Auch wären eine größere Umwälzpumpe und größere Rohrdimensionen notwendig. Sinnvoller wäre demnach der Einsatz einer monovalenten Erd-Wärmepumpe oder Wasser-Wasser-Wärmepumpe, da sie von witterungsbedingten Einflüssen und den herrschenden Außenlufttemperaturen weitgehend unabhängig ist. Soll wegen der geringeren Gesamtkosten dennoch eine monovalente Luft-Wasser-Wärmepumpe installiert werden, ist die Variante mit  Heizstab zu bevorzugen. Lösung B – Monoenergetisch mit elektrischem Heizstab Es ist sinnvoll, ein monovalentes System in kurzen Perioden mit einem elektrischen Heizstab zu unterstützen. Auf diese Weise muss die Wärmepumpe weniger groß ausgelegt werden und ihre Heizleistung reicht unter extremen Bedingungen dennoch aus. Eine Wärmepumpe soll etwa 90-95 % des Transmissionswärmeverlustes eines Gebäudes ausgleichen und ein gutes Verhältnis zwischen Kosten und Nutzen bieten. Das ist in Verbindung mit einem elektrischen Heizstab möglich. Er kommt im gegebenen Beispiel (Wohnhaus Stuttgart) lediglich in 5 bis 10% der gesamten Heizperiode und ausschließlich bei minimalen Außentemperaturen zum Einsatz. Das Diagramm zeigt die Auslegung von monovalenten Luft-Wasser-Wärmepumpen ohne  Heizstab bei Außenlufttemperaturen zwischen - 14°C bis -5°C, was im gegebenen Beispiel (Wohnhaus Stuttgart) 223 Stunden pro Jahr oder 2,7 % der gesamten Heizperiode entspricht.   Die Kreuzungspunkte zwischen der schwarzen und den farbigen Linien zeigen auf, welche Leistung unsere EVI-Luft-Wasser- Wärmepumpen ohne Heizstab auch bei Außenlufttemperaturen zwischen -14°C bis -5°C anhand der benötigten Heizleistung erreichen. Beim Einsatz unserer LZT 21 Wärmepumpen liegt der Kreuzungspunkt bei etwa -14°C. Beim Einsatz unserer LZT 14 T Wärmepumpen liegt der Kreuzungspunkt bei etwa -8°C. Beim Einsatz unserer LZT 10 T Wärmepumpen liegt der Kreuzungspunkt bei etwa -2°C. Die Wahl würde demnach auf die LZT 14 T Wärmepumpe in Verbindung mit Heizstab fallen. Ihr Kreuzungspunkt liegt bei etwa -8°C. Diese Wärmepumpe bietet das beste Verhältnis zwischen Kosten und Nutzen.
Software zur Auslegung Unser Auslegungsprogramm stellen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf.
Was bedeutet C.O.P.? Die Leistung einer Wärmepumpe wird im Leistungskoeffizienten (C.O.P.) ausgedrückt. Dies ist das Verhältnis zwischen der thermischen Energie, die am Verflüssiger abgegeben wird und der zugeführten elektrischen Energie, die durch die Wärmepumpe verbraucht wird.
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