Kombispeicher im Einsatz für Solarwärme & Wärmepumpen. Michel Haller, Robert Haberl, Daniel Philippen

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1 Kombispeicher im Einsatz für Solarwärme & Wärmepumpen Michel Haller, Robert Haberl, Daniel Philippen

2 Übersicht Vorteile der Kombination Wärmepumpe und Solarwärme Kombispeicher: Vorteile Wärmeverluste vermeiden Kamineffekt / Schwerkraftzirkulation / Einrohr-Zirkulation Richtig einbinden ins System insbesondere in Kombination mit Wärmepumpen! 2

3 Kombination Solarwärme und Wärmepumpe Mass für energetische Effizienz ist das Verhältnis von Wärme- Lieferung [kwh] zu Stromverbrauch [kwh] über das ganze Jahr Wärmepumpe: JAZ ca JAZ = Jahresarbeitszahl el. Strom Umwelt Wärmepumpe Wärme Solaranlage: Faktor ca el. Strom Sonne Sonnenkollektor Wärme Aber: 100% solare Heizung ist mit hohen Kosten Verbunden Deshalb: 100% Solar durch den Sommer, Teilsolar durch Frühling, Herbst und Winter den (grossen) Rest übernimmt die Wärmepumpe 3

4 Steigerung der System-Arbeitszahl durch Solarwärme Beispiel für ein Einfamilienhaus mit Luft-Wasser Wärmepumpe (Q RH = 8100 kwh/a, Q WW = 2100 kwh/a) 4.5 SPF JAZ of the System system [-] [-] ohne Solar / WP alleine Achtung: bei anderen Lasten und/oder anderem Klima sind auch die Resultate deutlich anders collector Kollektorfläche area [m2] 2 ] 4

5 Vorteile von Kombispeicher Warmwasser Speicher Warmwasser Luft Speicher Luft M M Kaltwasser Raumheizung Kaltwasser Raumheizung Kombispeicher-System Zwei Speicher System Vorteile Kombispeicher: - Besseres Oberflächen-Volumen-Verhältnis - Einfachere Installation (nur ein Speicher, weniger Verrohrung im Feld) - geringere Standfläche als bei zwei Speicher 5

6 Optionen zur Brauchwasser-Erwärmung mit Kombispeicher Interner Wärmeübertrager Tank-in-Tank Externes Frischwassermodul Warmwasser Zone C WW Raumheizungs Zone C Warmwasser- Vorwärmung C KW 6

7 Wärmespeicher generell: Wärmeverluste Vermeiden Lückenlose, eng anliegende Isolation (keine Kamin-Effekte) Kollektoren Warmwasser 60 C 15 m Verhinderung von Schwerkraftzirkulation in Solarkreis und Wärmeerzeuger-Kreis (Rückschlagventil) 20 C Kaltwasser Siphonierung der Speicher-Anschlüsse zur Verhinderung der Ein-Rohr- Zirkulation 6 x kein Siphon = 50% mehr Wärmeverlust 7 Ohne Siphon Mit Siphon

8 Empfehlung SIA 385/1 Vermeidung von Ausstossverlusten Siphonierung direkt am Speicher WW... oder am Verteilbalken WW keine Siphonierung WW KW KW KW SIA 385/1, gültig ab 1. Mai 2011: Anlagen für Trinkwarmwasser in Gebäuden 8

9 Speicherschichtung Einbindung von Wärmepumpen / Speicherdurchmischung T Quelle-Senke [K] COP Arbeitszahl der Wärmepumpe umso besser, je tiefer die Senken-Temperatur (Heizkreis, Warmwasser), respektive je höher die Quellentemperatur 1 K 2-3%!!! 1 K höhere Senken-Temperatur -> 2-3% tiefere Arbeitszahl (resp. 2-3% höherer Strombedarf) Mischungsprozesse und zusätzliche Wärmeübertrager führen zu höherer Temperatur für die Wärmeabgabe der Wärmepumpe S irr S irr 9

10 Speicherschichtung Ursachen von Mischung / Speicherdurchmischung 2. fehlerhafte Hydraulische Einbindung WP 1. ungenügende Speicherschichtung WW Speicher Wärmepumpe: Luft-Wasser oder Sole-Wasser Tww air M Kollektoren Trh M Raumheizung Tsol 10

11 Speicherschichtung / Speicherdurchmischung Speicher 1. Wärmeleitung und Diffusion 2. plume entrainment λ λeff Wand 3. inlet jet mixing Wärmepumpen werden mit HOHEN VOLUMENSTRÖMEN betrieben! (1500 L/h an Stelle von 500 L/h für Öl- oder Gaskessel) 11

12 Störung der WW-Zone bei 1800 l/h an 2 Zoll Anschluss Speichermitte ohne Strömungsberuhigung mit Strömungsberuhigung 35 C 47 C Min. WP schon lange am Nachladen von WW! 1800 l/h 30 C WP lädt nicht! 1800 l/h 30 C 12

13 Fazit Speicherschichtung Maximaler schichtungserhaltender Belade-Volumenstrom: muss für jeden Anschluss bekannt sein muss eingehalten werden 13

14 Einbindung und Speichermanagement Position WW-Fühler > 30 cm über Raumwärmezone 10 cm T WW Speicher > 30 cm T WW WP WW-Ladung Rücklauf bei Warmwasser-Ladung oberhalb der Raumwärmezone T RH RH RH-zone WW - Ladung RH-zone Zeitfenster für Warmwasser- Ladung < 2 x 2 h pro Tag: optimal zwischen 16:00 20:00 Uhr schlechte Lösung: JAZ sinkt von 3.5 auf 2.4 bis zu 50% mehr Bedarf an elektrischer Energie 14

15 Flyer... 15

16 Fazit Mit Solarwärme kann die Effizienz einer WP-Anlage erheblich gesteigert werden Insbesondere bei Kombispeichern ist auf die richtige Wahl des Speichers und die richtige hydraulische und regeltechnische Einbindung zu achten Speicherschichtungstest durchführen (neu am SPF verfügbar) System-Prüfung System als ganzes testen (zum Beispiel CCT am SPF) Regler Solarbau -gruppe Wärmepumpe Hydraulik Speicher 16

17 Danksagung Bundesamt für Energie BFE, Bern Projekte SOL-HEAP & StorEx 17

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