Wärmepumpen-Testzentrum

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1 Wärmepumpen-Testzentrum Mick Eschmann COP-Entwicklung der Wärmepumpe COP vs. JAZ Wärmepumpeneinbau bei bestehenden Anlagen Schallthematik Einbau von Wärmepumpen in älteren Wohnbauten

2 COP-Entwicklung der Wärmepumpe 2

3 COP-Entwicklung der Wärmepumpe Der COP ist das Verhältnis zwischen Abgabeleistung (Heizleistung) und Aufnahmeleistung (elektrische Leistung). COP = Q Wärme P el Je höher der COP ist, umso effizienter ist die Wärmepumpe. Demzufolge kann mehr Energie aus der Umgebung Q Kälte genutzt werden Anlage 1: Q Wärme= 10kW, COP = 4 P el = 2.5kW, Q Kälte = 7.5kW Anlage 2: Q Wärme= 10kW, COP = 2 P el = 5.0kW, Q Kälte = 5.0kW 3

4 COP [-] COP-Entwicklung der Sole/Wasser-WP COP (EN 255) COP (EN 14511) Messung bei B0 / W

5 COP [-] COP-Entwicklung der Luft/Wasser-WP COP (EN 255) COP (EN14511) Messung bei A2 / W35 5

6 COP vs. JAZ 6

7 Bestimmung des COPs bei einer SW-WP 7

8 Bestimmung des COPs bei einer LW-WP 8

9 Unterschied zwischen COP und JAZ Leistungszahl (Produkteparameter) Maschinenparameter Abhängig vom Arbeitspunkt Wärmeleistung COP el. Aufnahmeleistung Jahresarbeitszahl (Gebäudeparameter) Energiepolitisch interessant Abhängig von Nutzer, Maschine, Klima JAZ Jährlicher Wärmebezug Stromverbrauch vonwp 9

10 Unterschied zwischen COP und JAZ Umwälzpumpen werden zu 100% berücksichtigt Verschiedene JAZ-Abgrenzung (Bilanzgebiet) Messgenauigkeit ist geringer als bei einer Prüfstandsmessung 10

11 Wärmepumpeneinbau bei bestehenden Anlagen 11

12 Welche Wärmepumpe? Auf der Homepage sind rund 160 Wärmepumpenresultate veröffentlicht (Stand ) 12

13 Welche Wärmepumpe? 13

14 Welche Wärmepumpe? 14

15 Welche Wärmepumpe? 15

16 Welche Wärmepumpe? 16

17 Achten auf System-Temperaturen Die Wärmepumpe verliert ungefähr 2 bis 2.5% an Effizienz pro 1K höhere Vorlauftemperatur Die Vorlauftemperatur möglichst niedrig halten Die Wärmepumpe verliert ungefähr 2.5 bis 3% an Effizienz pro 1K tiefere Quellentemperatur (unabhängig Luft oder Erdreich) Die durchschnittliche Quellentemperatur soll möglichst hoch sein 17

18 COP [-] 4.5 Vorlauftemperatur ~ 2 bis 2.5 % Effizienzminderung pro 1K-Temperaturerhöhung der Vorlauftemperatur Tquelle = +7 C (LW) Tquelle = -7 C (LW) Tquelle = 0 C (SW) Vorlauftemperatur [ C] 18

19 COP [-] 4.5 Quellentemperatur ~ 2.5 bis 3% Effizienzverbesserung pro 1K-Temperaturerhöhung der Quellentemperatur Tsenke = 35 C (LW) Tsenke = 35 C (LW Test) 0.5 Tsenke = 45 C (SW) Quellentemperatur [ C] 19

20 Ersetzten der Sole/Wasser-Wärmepumpe In der Regel sind die aktuellen Wärmepumpen effizienter als die zu ersetzende Wärmepumpe. Dies hat zur Folge, dass die Kälteleistung bei gleich bleibender Wärmepumpenleistung grösser ist Das bedeutet für die bestehenden Wärmequellen (Erdwärmesonde oder Erdregister), dass diese für die neue Wärmepumpe (mit gleicher Heizleistung) zu klein ist Entweder wird die neue Wärmepumpe nach der vorhandenen Wärmequelle dimensioniert (kleinere Heizleistung) oder die Wärmequelle wird nach der gleichen Heizleistung der neuen Wärmepumpe dimensioniert 20

21 Vergleich Dimensionierung EWS Erdwärmesonden-Länge bei B0 / W35 COP =4.0; Abstand bei 2 ESW = 7.5m Variante EWS Anzahl Q hwp WW- Bedarf pro Tag Q wp Q Kwp Dim EWS EWS Länge nach SIA 384/6 Für Standort Basel Für Standort Zürich (Dällikon) Quelle: FWS, Hb 21

22 Approximative Kontrollrechnung für die Längenabschätzung L EWS 1 Qa 1 JAZ 80 kwh/ a, m EWS Qa = gesamter Jahreswärmebedarf JAZ = Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe LEWS = Länge der Erdwärmesonde Bei normalen Verhältnissen (Schweizer Mittelland) kann mit kwh / mews a gerechnet werden. Ist man nicht sicher, wie die geologischen Verhältnisse sind oder hat man nicht genügend gesicherte Angaben zum Jahreswärmebedarf, sollte man für diese Kontrollrechnung nur ca. 70 kwh / mews a einsetzten. Diese approximative Kontrollmethode darf nicht für die Auslegung und Dimensionierung von EWS benutzt werden. Quelle: FWS, Hb 22

23 Gegenseitige Beeinflussung von Erdwärmesonden 120 m 114 m 117 m 115 m 109 m 110 m 105 m 100 m 99 m 103 m 1 EWS 2 EWS 3 EWS 4 EWS 2x2 EWS 95 m 90 m Länge Quelle: FWS, Hb Annahmen: Abstand 5 m Betriebsstunden 1850 h/a Geologie Molasse Standort Mittelland Entzugsleistung 3.9kW/EWS Auslegetemperatur 0/-3 C 23

24 Wärmepumpeneinbau Gutes Beispiel Quelle: BFE, FAWA Einfache hydraulische Einbindungen ergeben die beste Effizienz, bei Bodenheizung kann der Speicher weggelassen werden. Die WW-Bereitung mit der Wärmepumpe bringt keinen Nachteil. 24

25 Auslastungsgrad [-] Arbeitszahl [-] Häufigkeit [Stk.] Wärmepumpeneinbau Gutes Beispiel Häufigkeit der Laufzeit pro Start Laufzeit pro Start [Min.] Auslastungsgrad (Laufzeit WP / Kalenderzeit) Arbeitszahl und Aussentemperatur Aussentemperatur [ C] Aussentem peratur [ C] JAZ = 4.3 Quelle: BFE, FAWA 25

26 Speichereinbindung Die Speicherladung erfolgt hier als Stufenladung, d.h. das Wasser wird mehrere Male umgewälzt bis der Speicher voll aufgeladen ist. Die Speicherladung erfolgt hier als Schichtladung, d.h. das Wasser wird nur ein Mal umgewälzt bis der Speicher voll aufgeladen ist. Ein Speicher dient auch der hydraulischen Trennung zwischen Wärmeerzeugung und Verbraucher. Es ist zu beachten, dass der Massenstrom vom WP-Kreislauf immer grösser sein muss als im Verbraucherkreislauf. m WP >m Verbraucher Quelle: Peter Hubacher 26

27 Speichereinbindung 27

28 Wahl des Wärmesystems Normal 1 (innenliegernder Wärmetauscher) Normal 2 (aussenliegernder Wärmetauscher) Rossnagel-Kombispeicher Spira-Kombispeicher Empfehlung FAWA Es ist zu beachten, dass die Wärmetauscher-Register für die maximale Heizleistung der WP ausgelegt wird. LW-WP haben im Sommer ca. die 2 bis 2.5- fache Leistung. 28

29 Regelung der Wärmepumpe Je einfacher das Konzept, desto besser läuft die Anlage Die Heizkurve sollte richtig eingestellt werden, d.h. dem Gebäude angepasst sein. Dies bedingt meistens im zweiten Betriebsjahr eine Korrektur der Heizkurve nach unten Eine zusätzliche Raumkompensation, die übergeordnet auf die Regulierung einwirkt, hat auf die Effizienz der WP einen positiven Einfluss Die erreichbaren Warmwassertemperaturen sind bei Wärmepumpen vom eingesetzten Kältemittel abhängig, d.h. dass zu hoch eingestellte Sollwerte zu Betriebsprobleme führen können 29

30 Auslastungsgrad [-] Arbeitszahl [-] Häufigkeit [Stk.] Wärmepumpeneinbau Schlechtes Beispiel Häufigkeit der Laufzeit pro Start Laufzeit pro Start [Min.] 0.45 Auslastungsgrad (Laufzeit WP / Kalenderzeit) 3.0 Arbeitszahl und Aussentemperatur Aussentemperatur [ C] Aussentemperatur [ C] JAZ = 1.9 Quelle: BFE, FAWA 30

31 Komplexe Systeme neigen zu Problemen Komplexe hydraulische Systeme sind nicht nur schwierig zu verstehen, sondern neigen auch viel mehr zu falschen Betriebsabläufen und führen deshalb zu vermehrten Ausfällen und Störungen. Quelle: Peter Hubacher 31

32 Wärmepumpeneinbau Schlechtes Beispiel Oberirdische Verbindungsleitung der Erdsonde und eine zu geringe Wärmeisolation Unnötiger Wärmeverlust, da die Leitungen nicht isoliert sind Quelle: Peter Hubacher 32

33 Schallthematik 33

34 Lärmschutzverordnung LSV Der Beurteilungspegel Lr ist das Mass für den Lärmwert am Empfangsort gemäss der Lärmschutzverordnung LSV. Folgende Kriterien werden nach Cercle Bruit berücksichtigt: K1 (Nachtbetrieb): +10 db K2 (Tongehalt): +2 db K3 (Impulsgehalt): +0 db Belastungsgrenzwerte (siehe untere Tabelle) L r in db(a) Tag L r [db(a)] Nacht Wohnzone ES II Mischzone ES III

35 Lärmschutzverordnung LSV 35

36 Lärmschutzverordnung LSV 36

37 Lärmschutzverordnung LSV Wärmepumpe an Fassade ES II ES III 37

38 Schallproblematik Der Einbau einer Wärmepumpe in einen Schacht oder ähnliche Situation führt notgedrungen zu einem verstärkten Schallpegel Die luftführenden Öffnungen sind so zu planen, dass sie frei von Schmutz, Schnee und herunterfallendem Laub bleiben. Quelle: Peter Hubacher 38

39 Schallproblematik Die direkte Schallausbreitung durch die Luftströmung zum Nachbarn soll vermieden werden. In diesem Beispiel könnte die Wärmepumpe um 90 gedreht werden. Quelle: Peter Hubacher 39

40 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Wärmepumpen-Testzentrum WPZ und Akustik Mick Eschmann Tel: +41(0)

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