Planungsunterlage. Sole-Wasser und Wasser-Wasser Wärmepumpen AQUATOP T

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1 Planungsunterlage Sole-Wasser und Wasser-Wasser Wärmepumpen AQUATOP T Allgemeine Hinweise Berechnungen, Auslegungen, Installationen und Inbetriebnahmen im Zusammenhang mit den in diesem Dokument beschriebenen Produkten dürfen nur durch ausgewiesene Fachleute vorgenommen werden. Örtliche gesetzliche Vorgaben sind zu beachten und können allenfalls von Angaben in diesem Dokument abweichen. Änderungen bleiben vorbehalten. 02/2013 Art

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 2 Planungshinweise Produktübersicht... 4 Heizleistung AQUATOP T bei 35 C Vorlauf... 5 Heizleistung AQUATOP T bei 50 C Vorlauf... 6 Heizleistung AQUATOP T..H bei 35 C Vorlauf 7 Heizleistung AQUATOP T..HT bei 60 C Vorlauf 8 Heizungswärmepumpen allgemein... 9 Auslegung von Druckexpansionsgefässen Auslegung AQUATOP TC integriertes Expansionsgefäss 12 Liter Bestimmung der Heizleistung und Zuschläge Grundlagen für die Erdsondenauslegung Grundlagen für die Erdregisterauslegung Grundlagen für die Erdsondenauslegung Sole-Wasser Heizungswärmepumpen Prinzipschema Erdwärmesondenanlage Ausführungshinweise Checkliste Schnittstellen bei Erdwärmesonden-Anlagen Erdwärmesonden-Zuleitungsgraben Beispiel einer Erdwärmesonde Wasser-Wasser Heizungswärmepumpen Prinzipschema Grundwasser Grundwasser-Anlage Kühlen mit der Wärmepumpenanlage Geräteabmessungen AQUATOP T..C AQUATOP T17CH AQUATOP T..H AQUATOP T22-T44, THT, TR Technische Daten AQUATOP T05C - T08C AQUATOP T10C-T14C AQUATOP T07CHT - T11CHT AQUATOP T17CH AQUATOP T22H-T43H AQUATOP T05CX - T08CX AQUATOP T10CX - T12CX AQUATOP T06CR - T08CR AQUATOP T10CR - T14CR AQUATOP T05CRX - T08CRX AQUATOP T10CRX - T12CRX AQUATOP T17CHR AQUATOP T22HR - T43HR Integrierte Pumpen Kompaktwärmepumpe Gewinnungspumpe Heizungspumpe Leistungsdaten Sole-Wasser AQUATOP T..C Wasser-Wasser AQUATOP T..C Sole-Wasser AQUATOP T..H Wasser-Wasser AQUATOP T..H Sole-Wasser AQUATOP T..HT Wasser-Wasser AQUATOP T..HT AQUATOP T..R AQUATOP T..HR Einsatzgrenzen Leistungsdiagramme (Kühlbetrieb)

3 Inhaltsverzeichnis Hydraulikschemata Übersicht Standardschema AQUATOP TC AQUATOP TC AQUATOP TC 1-I AQUATOP TC 2-I AQUATOP TC 1-6-I AQUATOP TC 2-6-I AQUATOP TC 2-6-H AQUATOP TC H AQUATOP TC AQUATOP T 1-I AQUATOP T 2-I AQUATOP T 2-5-B-I AQUATOP TC Erweiterungsschema BL AQUATOP T Erweiterungsschema BL Zusatzschemas AQUATOP TC AQUATOP T Zusätzliche Hydraulik Vorschläge AQUATOP TC Erweiterungsschema M AQUATOP T Erweiterungsschema M AQUATOP T Kaskade mit TWW Trennschaltung AQUATOP TR mit Aktivkühlung Wärmepumpenregler LOGON B WP Notizen

4 Produktübersicht AQUATOP T Die hochwertige Sole-Wasser und Wasser-Wasser Wärmepumpe AQUA- TOP T entzieht aus der Umwelt (Erdwärme, Grund- oder Oberflächengewässer usw.) Wärme und gibt diese, auf höherem Temperaturniveau, an das Heizsystem ab. Die reversible Ausführung der AQUA- TOP T kann zudem nebst der Heizung auch zur aktiven Kühlung eingesetzt werden. Die AQUATOP T ist somit als sehr umfassendes Sortiment in folgenden Ausführungen erhältlich: AQUATOP T..C In Kompakt-Ausführung mit integrierten Umwälzpumpen und Expansionsgefässen, sowie mit integriertem Elektroheizeinsatz, 3x400VAC. AQUATOP T..HT In Hochtemperatur-Ausführung für Vorlauftemperaturen bis max. 65 C, 3x400VAC. AQUATOP T..H In Hochtemperatur-Ausführung für Vorlauftemperaturen bis max. 60 C, 3x400VAC. AQUATOP T..X Ausführungen für den Anschluss 1x230VAC (Verfügbar in F/I/B). AQUATOP T..R Reversible Wärmepumpen zu Heizund Kühlzwecken. 4

5 Planungshinweise Heizleistung AQUATOP T bei 35 C Vorlauf 25.0 AQUATOP T14C 20.0 Heizleistung Potenza termica(kw) AQUATOP T12C AQUATOP T10C AQUATOP T08C AQUATOP T06C 5.0 AQUATOP T05C Temperatura Wärmequellentemperatur sorgente fredda( C) Heizleistungkurven gültig auch für gleiche Modelle in reversibler (R) und monophasiger (X) Ausführung. 5

6 Planungshinweise Übersicht Heizleistung AQUATOP T bei 50 C Vorlauf AQUATOP T14C AQUATOP T12C Potenza Heizleistung termica(kw) AQUATOP T10C AQUATOP T08C AQUATOP T06C AQUATOP T05C Temperatura Wärmequellentemperatur sorgente fredda( C ( C) Heizleistungkurven gültig auch für gleiche Modelle in reversibler (R) und monophasiger (X) Ausführung. 6

7 Planungshinweise Übersicht Heizleistung AQUATOP T..H und T..CHT bei 35 C Vorlauf AQUATOP T43H AQUATOP T35H Heizleistung (kw) AQUATOP T28H AQUATOP T22H AQUATOP T17CH AQUATOP T11CHT AQUATOP T07CHT Wärmequellentemperatur ( C) Heizleistungkurven gültig auch für gleiche Modelle in reversibler (R) Ausführung. 7

8 Planungshinweise Übersicht Heizleistung AQUATOP T..H und T..CHT bei 60 C Vorlauf AQUATOP T43H AQUATOP T35H AQUATOP T28H Heizleistung (kw) AQUATOP T22H AQUATOP T17CH AQUATOP T11CHT AQUATOP T07CHT Wärmequellentemperatur ( C) Heizleistungkurven gültig auch für gleiche Modelle in reversibler (R) Ausführung. 8

9 Planungshinweise Heizungswärmepumpen allgemein Für die Planung und Installation sind die dafür gültigen Vorschriften und Richtlinien (SWKI, SIA, AWP, VDI 4640 usw.) verbindlich. Vorabklärungen / Bewilligungen Es ist empfehlenswert, in der Planungsphase folgende Punkte frühzeitig abzuklären: Mit dem Elektrizitätswerk: - Anschlussbewilligung - Anlaufstrom - Hoch-/ Nieder-/ Spezialtarif - Sperrzeiten Wärmequellen: Die Wasserentnahme aus öffentlichen Gewässer, das Abteufen von Erdwärmesonden und die Installation eines horizontalen Erdregisters sind üblicherweise bewilligungspflichtig. In der Regel beim regionalen Amt für Energie und Wasserwirtschaft oder Umweltschutz (Landeskoordinaten des Hausstandorts angeben) nachfragen. Wärmepumpendimensionierung Die Heizungswärmepumpe weist im Vergleich zu anderen Wärmeerzeuger einen kleineren Einsatzbereich auf. Die Heiz- und Antriebsleistungen und damit auch der Nutzungsgrad der Wärmepumpe variieren je nach Wärmequelle und Wärmenutzungstemperaturen. Grundsätzlich gilt, je kleiner die Differenz zwischen Wärmenutzungsund Wärmequellentemperatur ist, desto effizienter (bessere Leistungszahl) kann die Anlage betrieben werden. Deshalb verlangt die Wärmepumpe vom Planer/ Installateur die Berücksichtigung von Randbedingungen. Weiter ist die Anlage so auszulegen, dass die Einsatzgrenzen nicht überschritten werden. Wassererwärmung Neben dem Raumwärmebedarf lässt sich mit einer Wärmepumpe grundsätzlich auch der Wärmebedarf für das Warmwasser decken. Aus energietechnischer Sicht ist dies sehr sinnvoll, ist doch die Energieeinsparung gegenüber Elektroboilern beträchtlich. Je nach Kältemittel werden verschiedene maximale Brauchwarmwassertemperaturen von 50 C - 60 C erreicht. Diese resultieren aus den Betriebsgrenzen des Kältemittels sowie dem Aufbau des Kältekreislaufes der Wärmepumpe. Das Wasser wird indirekt erwärmt, typische Lösungen hierfür sind: - Register-Speicher - Kombi-Speicher (Heizungsspeicher mit integriertem Boiler) oder Spira-Speicher - Speicher mit externem Plattentauscher (Magro-System) Bei der Auswahl eines Register- Speichers oder eines externen Plattentauschers ist auf eine genügende Wärmetauscherfläche zu achten. Dabei müssen Wassermenge, Temperaturdifferenz sowie die Leistung der Wärmepumpe berücksichtigt werden. Eine Kombination mit Sonnenkollektoren ist gut möglich: mit einem geeigneten Wassererwärmer, beispielsweise einem Kombi-Speicher, kann vor allem in der Sommerperiode das Warmwasser vollständig mit Sonnenkollektoren erwärmt werden. Pufferspeicher Bei jeder Speichereinbauart ist sicherzustellen, dass die gesamte Leistung der Wärmepumpe stets abgenommen wird. Die Einbindung eines technischen Speichers oder Wärmespeichers ist häufig zu empfehlen. Er sorgt für folgende optimale Betriebsbedingungen wie: Leistungsüberschüsse der Wärmepumpe werden aufgenommen Pufferung für während der EW- Sperrzeit ermöglicht mehrere Heizkreisanschlüsse Auf einen Pufferspeicher sollte nur dann verzichtet werden: Heizwasservolumen grösser als 25 Liter pro kw Heizleistung oder gute Speicherfähigkeit des Wärmeabgabesystem (Fussbodenheizung mit Auslegung < 40 ºC) keine oder sehr wenige Thermostatventile Die Grösse des Pufferspeichers ist abhängig von der max. Heizleistung und der max. zulässigen Einschalthäufigkeit der Wärmepumpe. Als Richtwert kann ca. 30 bis 50 Liter pro kw Heizleistung angenommen werden. Für eine erhöhte Pufferung allenfalls auch mehr. Die Abdeckungszeit (ohne Berücksichtigung der Eigenspeicherkapazität des Heizsystems) des Wärmebedarfes mit einem Pufferspeicher z.b. bei einer EW - Sperrung kann wie folgend berechnet werden: t = V * c * t Qh * 60 V = Speicherinhalt in Liter Qh = Heizleistung in Watt t = Überbrückungszeit in Minuten c = 4187 W/s t = Temperaturdifferenz Speicher- Heizkreis Umwälzpumpen Für die Auslegung der Umwälzpumpen ist die von der WP vorgeschriebene Verdampfer- und Kondensatordurchflussmenge konstant einzuhalten. Die Wärmequellenpumpen (Sole/ Grundwasser) müssen kaltwassertauglich sein. Die Viskosität des Wärmeträgermedium muss bei der Auslegung berücksichtigt werden. Überströmventil Bei Heizsystemen mit variablem oder absperrbarem Heizwasserdurchfluss (z.b. Thermostatventile) und seriell eingebautem Speicher muss zwingend ein Überströmventil nach der Umwälzpumpe eingebaut werden. Dies sichert den Mindestheizwasserdurchfluss durch die Wärmepumpe und verhindert häufiges Takten, das zu Störungen führen kann. Das Überströmventil muss richtig dimensioniert und eingestellt werden. 9

10 Planungshinweise Heizungswärmepumpen allgemein Transport Die Wärmepumpe darf beim Transport nur bis zu einer Neigung von max. 30º (in jeder Richtung) gekippt werden. Es ist zu vermeiden, dass die Wärmepumpe in irgendwelcher Form Nässe oder Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Die Heizungswärmepumpe ist während der ganzen Bauphase gegen Beschädigungen zu schützen. Aufstellung Die Wärmepumpen können ohne Sockel auf einer ebenen, glatten und waagrechten Fläche aufgestellt werden. Der Aufstellungsraum muss trocken und frostsicher sein. Räume mit grosser Luftfeuchtigkeit wie Waschküchen usw. sind nur bedingt geeignet. Die Mindestabstände müssen bei allen Geräten, für Wartungs- und Bedienungsarbeiten, eingehalten werden. Die Wärmepumpen sollen nie auf schwimmenden Boden aufgestellt werden. Heizraumbelüftung Durch die geringe Wärmeabgabe der Wärmepumpe bleibt der Heizraum praktisch unbeheizt. Um eine hohe Raumluftfeuchtigkeit zu verhindern, die Schäden an der Maschine verursachen, ist eine nicht verschliessbare Belüftungsöffnung von min. 100 cm 2 vorzusehen. Schallemissionen Körperschallübertragungen an das Heizsystem, Elektrokabel und auf das Gebäude sind durch konsequenten Einsatz von flexiblen Anschlüssen zu vermeiden: Schläuche für Rohrleitungsanschlüsse. flexible elektr. Verbindungen. bei Mauerdurchführungen direkten Kontakt der Rohre zur Mauer verhindern. schwingungsdämpfende Befestigungen. Bei der Planung und Auswahl des Aufstellorts muss die Ausbreitung des Schalls in schutzbedürftige Räume (Wohn- und Schlafräume) berücksichtigt werden. Hierfür sind die landesspezifischen Anforderungen und Bestimmungen (LSV bzw. TA Lärm) zu berücksichtigen und einzuhalten. Im Zweifelsfall muss ein Akustiker zu Rate gezogen werden. 10 Die AQUATOP T Wärmepumpen zeichnen sich durch einen besonderen geräuscharmen Betrieb aus, dies dank der schalldämmenden Isolation der Verkleidung sowie der mehrfach gedämpften Lagerung des Kältekreises. Hydraulische Einbindung Zu jeder Wärmepumpe bieten wir verschiedene hydraulische Standardschematas. Die Einbindung nach diesen Varianten gewährleisten einen einwandfreien und sicheren Betrieb. Bevor der Anschluss der Wärmepumpe erfolgt, muss die ganze Verrohrung der Anlage, bei Neu- und Altanlagen gründlich gespült werden. Rückstände die in den Heizungsrohren oder in den Erdwärmesonden / Erd- Registerrohren zurückbleiben führen zu Schäden an den Wärmetauschern und zu Betriebsstörungen der WP. Es wird empfohlen, ein Schmutzfänger im Heizungsrücklauf einzubauen. Das Füllwasser der Heizungsanlage muss nach den Vorschriften der professionellen Verbände behandelt werden. Wichtig ist die vollständige Entlüftung der Heizungsanlage, da ansonsten der korrekte Betrieb der Wärmepumpe beeinträchtigt ist. Entsprechend muss ein Entlüfter vorgesehen werden; bei den Kompakt-Wärmepumpen ist auf dem Vorlauf ein Entlüfter eingebaut. Elektrischer Anschluss Die Wärmepumpen sind gemäss mitgeliefertem Anschlusschema abzusichern und am definitiven Hausanschluss anzuschliessen (keine Stromunterbrüche durch Bauarbeiten, Phasenwechsel). Nach Beendigung der Verdrahtungsarbeiten, darf kein Probelauf erfolgen. Die Wärmepumpe ist elektrisch gegen die Inbetriebsetzung von unbefugten Personen zu sichern. Elektrische Anschlussarbeiten sind nur durch einen konzessionierten Fachmann auszuführen. Inbetriebnahme Die Inbetriebsetzung darf nur durch qualifiziertes Fachpersonal erfolgen, ansonsten erlischt die Garantie. Die Inbetriebnahme der installierten Wärmepumpe sollte erst nach Fertigstellung der Installation erfolgen. Der für die Inbetriebnahme zuständige Techniker ist weder Installateur noch Planer und kann nur dann erfolgreich arbeiten, wenn die Anlage in allen Teilen fertig gestellt und alle Planungswerte, die für die Einregulierung erforderlich sind, zur Verfügung stehen. Inbetriebnahmen werden nur an Heizungswärmepumpen durchgeführt: die wasserseitig komplett gefüllt und entlüftet sind (Wärmequelle, Heizung). die mit definitiver elektrischer Anschlussleitung versorgt sind mit der Anwesenheit des Elektrikers und des Heizungsinstallateurs. die komplett verdrahtet sind (Fühler, Antriebe, usw.) gemäss dem vorgesehenen Anlageschemata. Da bei einer Überbelastung sowohl bei der Wärmepumpe als auch bei der Wärmequellenanlage schwerwiegende Schäden auftreten können, ist ein Betrieb der Wärmepumpe unter folgenden Voraussetzungen untersagt: - Bauaustrocknung - Anlage im Rohbaustadium - Fenster oder Außentüren noch nicht fertig gestellt und geschlossen. In diesen Fällen muss eine Bauheizung vorgesehen werden. Sind oben erwähnte Bedingungen nicht erfüllt, erfolgt keine Inbetriebsetzung. Für die dadurch entstehenden Kosten behalten wir uns eine Verrechnung vor. Werden diese Planungshinweise und die der Betriebs- und Montageanleitung nicht beachtet, entfällt bei allfälligen Wärmepumpenschäden die Gewährleistung.

11 Planungshinweise Auslegung von Druckexpansionsgefässen VN = VA * F * X Legende: Vn = Ausdehnungsvolumen VA = Anlageinhalt Liter gemäss untenstehender Liste F = Temperaturabhängiger Faktor TZ = mittlere Anlagetemperatur TZ = (TV + TR)/2 40 C 50 C 60 C 80 C = F 0,0079 0,0121 0,0171 0,029 X = Sicherheitsfaktor Sicherheitsfaktor für Kesselleistung bis 30 kw X = 3, kw X = 2,0 über 150 kw X = 1,5 Achtung: Wasserinhalte von Heizwasserspeicher (Pufferspeicher) sind in der Tabelle nicht berücksichtigt und müssen separat dazugerechnet werden. VA Anlageinhalt (Liter) 1 = Fussbodenheizung 2 = Radiatoren 3 = Heizwände Mit dem Ausdehnungsvolumen und der Anlagehöhe Hp kann das Expansionsgefäss ausgewählt werden. Die Anlagehöhe Hp ist die Höhe von mitte Expansionsgefäss bis zum obersten Punkt der Heizungsanlage. Wärmepumpenleistung (kw) Typ Vordruck im leeren Gefäss (= Hp + 0,3 bar) 0,5 bar 0,8 bar 1,0 bar 1,2 bar 1,5 bar 1,8 bar PND 18 10,3 8,7 7,7 6,6 5,1 3,5 PND 25 14,3 12,0 10,7 9,1 7,1 4,7 PND 35 20,2 17,0 15,0 13,0 10,0 7,0 PND 50 28,6 24,4 21,4 18,5 14,3 9,8 PND 80 45,7 38,6 34,3 29,7 22,9 16,5 max. Höhe Hp 2 m 5 m 7 m 9 m 12 m 15 m 11

12 Planungshinweise Auslegung AQUATOP T..C integriertes Expansionsgefäß 12 Liter Allgemeiner Hinweis zur korrekten Auslegung Die Wärmepumpen AQUATOP T..C können ohne zusätzliches externes Expansionsgefäß installiert werden, wenn alle folgenden Bedingungen eingehalten sind: - Direkter Heizkreis: Standard 1 oder Standard H (Anlagehöhe) <= 7 m - Heizleistung bei Ta von maximal 14 kw - Wasserinhalt der Anlage V A darf die in der Tabelle angegebenen Werte nicht überschreiten. Installationsbeispiel AQUATOP T14C, Standard 1-6, Dimensionierungsbedingungen der Anlage: - TZ 35 C: maximale gemittelte Temperatur der Anlage bei Heizbetrieb (entspricht 40 C/30 C) - H (Anlagehöhe) <= 7 m - Ta (Dimensionierung Außentemperatur): -10 C - AEROTOP T14C maximale Leistung bei Ta von -10 C und 40 C Vorlauftemperatur: 14.1 kw (Limite). - Bedingung: V A <= 290 Liter; grobe Überprüfung: 14.1 kw installierte Leistung x 20 Liter/kW bei Fußbodenheizung = 282 Liter < 290 Liter: OK! Für eine abschließende Dimensionierung der Expansionsgefäße muss V A bekannt sein. Zulässiger Wasserinhalt V A der Anlage In der folgenden Tabelle sind die maximalen Anlagewasserinhalte angegeben, in Abhängigkeit von TZ (max. gemittelten Temperatur der Anlage während Heizungsbetrieb) und der statischen Anlagehöhe (H), deren Ausdehnungen vom integrierten 12 Liter Expansionsgefäß aufgenommen werden können. V A [Liter] H (m) p 0 (bar) TZ = 30 C TZ = 35 C TZ = 40 C TZ = 45 C TZ = 50 C TZ = 55 C TZ = 60 C H Anlagehöhe po (bar) Minimaler Vordruck Expansionsgefäß TZ Maximale gemittelte Betriebstemperatur der Anlage (Tvl + Trl)/2 während Heizungsbetrieb PSV Einschaltpunkt des Überdruckventils = 3 bar V A Zulässiger Wasserinhalt der Anlage. Wasserinhalt Heizungssystem inklusive 50 Liter des integrierten Pufferspeichers. 12

13 Planungshinweise Bestimmung der Heizleistung und Zuschläge Neubau: Die Berechnung des Wärmebedarfs erfolgt gemäss den Länderspezifischen Normen. Sanierung einer bestehenden Oel - oder Gasheizung mit einer Wärmepumpe Die Wärmeleistung kann anhand dem bestehenden durchschnittlichen Brennstoffverbrauch umgerechnet werden. Ölheizung Mit Warmwasser Mittelland Qh = Oel -Verbrauch (Ltr.) 300 Über Qh = Oel -Verbrauch (Ltr.) 800 m ü. M. 330 Ohne Warmwasser Qh = Oel -Verbrauch (Ltr.) 265 Qh = Oel -Verbrauch (Ltr.) 295 Gasheizung Mit Warmwasser Mittelland Qh = Gas -Verbrauch (m 3 ) * über 800 m ü. M Qh = Gas -Verbrauch (m 3 ) * Ohne Warmwasser Qh = Gas -Verbrauch (m 3 ) * Qh = Gas -Verbrauch (m 3 ) * Qh = Wärmebedarf in kw Beispiel : Anzahl Personen 4 Warmwasserbedarf 50 Ltr pro Person und Tag. Zuschlag auf Wärmebedarf : Q WW = 4 x 0,085 kw = 0,34 kw Warmwasserbedarf pro Person und Tag (I) zusätzliche Wärmeleistung pro Person (kw) Tw = 45 C T = 35 K 30 0, , , ,102 Zuschläge auf die Wärmepumpen- Leistung Sperrzeiten Die Sperrzeiten sind mit folgender Formel zu berücksichtigen. Den Wärmebedarf mit dem Faktor f multiplizieren. f = 24 h 24 h - Sperrzeit pro Tag (h) Hinweis: Die oben angegebenen Rechnungen und Werte dienen der überschlägiger Schätzung, für eine genaue Berechnung soll ein Heizungsplaner beigezogen werden. 13

14 Planungshinweise Grundlagen für die Erdwärmesondenauslegung Grundlagen für den Erdwärmesondenbetrieb Die mögliche Belastung einer Erdwärmesonde hängt in erster Linie vom Untergrund und von der Bohrtiefe ab. Einige tiefe Erdwärmesonden ergeben eine bessere Jahresarbeitszahl der Wärmepumpenanlage als mehrere weniger tiefe Erdwärmesonden bei gleicher Totallänge. Ebenso ist die geografische Lage (Mittelland / Bergregion) des Gebäudes zu berücksichtigen. Bei richtiger Ausführung und Montage kann für eine Erdwärmesonde eine Lebensdauer von bis zu 100 Jahren erwartet werden. Ertrag und Belastung von Erdwärmesonden Für kleinere Anlagen bis ca. 4-6 nicht eingeschlossene Sonden haben sich in der Praxis folgende spezifische Auslegungswerte bewährt: (Normaler Untergrund; vgl. VDI 4640) kwh/m/jahr maximale Wärmeentnahme - 50 W/m maximale spezifische Sondenentzugsleistung Grössere Sondenfelder sind mittels Simulationsberechnungen auf die richtige Dimensionierung zu überprüfen. Grundlagen zur Auslegung der Erdwärmesonde Örtliche Normen und Vorschriften müssen bei der Auslegung immer beachtet werden und haben Vorrang, wie die in der Schweiz geltende SIA Die in den Unterlagen angegebenen Sondenlängen betreffen folgende Grundlagen: Die angegebenen Längen beziehen sich auf folgende Grundlagen: - Monovalenter Betrieb - Entzugsleistung 45W/m - Ca Betriebsstunden/Jahr (max Betriebsstunden/ Jahr) - Jährliche Entzugsenergie ca. 90kWh/m/Jahr (maximal 100kWh/m/Jahr ) - Mitteland bis ca. 800 m ü. M. Bei folgenden Anlagebedingungen sind die Sondenlängen anzupassen: - Bivalenter Betrieb (Entzugsenergie max. 100 kwh/m/jahr) - Höhere Betriebsstunden (>2000), z. B. in Bergregionen - hoher Warmwasserbedarf (Summe der Entzugsenergie max.100 kwh/m/jahr) - Schwimmbadaufbereitung Einfluss von Tiefe und Durchmesser Tiefere Erdwärmesonden lassen grundsätzlich eine höhere spezifische Leistung bei gleicher mittlerer Quellentemperatur zu, oder es ergibt sich eine höhere mittlere Quellentemperatur bei gleicher Totallänge. Die Erdreichtemperatur nimmt pro 30 m Tiefe um ca. 1 C zu. Die tiefen Erdwärmesonden haben jedoch einen grösseren Durchflusswiderstand. Die Optimierung muss daher anlagespezifisch erreicht werden (Anzahl Sonden, Wärmequellentemperatur, Leistungszahl der Wärmepumpe, Aufnahmeleistung und Wirkungsgrad der Solepumpe). 14

15 Planungshinweise Grundlagen für die Erdregisterauslegung Beschrieb zu Erdkollektoranlagen Im Gegensatz zu Erdwärmesonden werden Erdregister horizontal in einer Verlegetiefe von ca. 1,0-1,5 m verlegt. Für Erdkollektoren werden Endlosrohre mit einem Durchmesser von mm verwendet, die horizontal und registerförmig im Abstand von 0,6-0,8m im Erdreich verlegt werden. Als bewährter Werkstoff werden häufig Polyethylen- Rohre eingesetzt. Sie zeichnen sich aus durch die notwendige Elastizität und die günstigen Strömungseigenschaften und weisen geringe Reibungsverluste auf. Für den vorliegenden Verwendungszweck sind sie korrosions- und nahezu alterungsbeständig. Es kann mit einer Standzeitfestigkeit von ca. 50 Jahren gerechnet werden. Maximale Entzugsleistung für Erdregisteranlagen Von ausschlaggebender Bedeutung für die fachgerechte Dimensionierung der Verlegefläche sind vor allem folgende Eigenschaften des Erdbodens: Wärmeleitkoeffizient (W/mK) Spezifische Wärme (kj/kgk) Dichte (kg/m 3 ) Diese drei Grössen werden vor allem vom Feuchtigkeitsgehalt des Bodens beeinflusst. Im Normfall kann mit einem feuchten Erdreich gerechnet werden. In der Praxis genügt es, wie folgt, zu unterscheiden: Feuchtigkeitsgehalt des Bodens: nass feucht trocken Je feuchter der Erdboden beschaffen ist, umso bessere Wärmetauschverhältnisse lassen sich erzielen. Erdbodenbeschaffenheit: sandig lehmig steinig Globaleinstrahlung: sonnig normal schattig Feuchtigkeitsgehalt, Erdbodenbeschaffenheit und Globaleinstrahlung sind entsprechend ihrer direkten Beeinflussung zu gewichten. In mittel Europa kann man in der Regel mit folgender Konstellation rechnen: Feucht/sandig-normal sonnig Für diese Konstellation können aufgrund der gemachten Erfahrungen folgende maximalen Entzugsleistungen angenommen werden: W/m 2 Wird durch die Gewichtung der Beeinflussungsfaktoren eine unter dem Normalwert liegende Konstellation sichtbar, so muss der Wärmeentzug pro m 2 Erdfläche verringert werden. Bei ungünstigen Verhältnissen, z.b. steinig-trocken-schattig, kann sicher mit nicht mehr als folgendem Wert gerechnet werden: W/m 2 Bei Erdbodenbeschaffenheit mit feuchtem lehmigem Boden kann mit folgendem Wert gerechnet werden: W/m 2 Grundlagen zur Auslegung des Erdregisters Die in den Unterlagen angegebenen Registerflächen betreffen folgende Grundlagen: Die angegebenen Flächen beziehen sich auf folgende Grundlagen: - Monovalenter Betrieb nur für Raumheizung - Entzugsleistung 20W/m 2 - Ca Betriebsstunden/Jahr (maximal 2000 Betriebsstunden/ Jahr) - Jährliche Entzugsenergie ca. 40 kwh/m/jahr (maximal 50 kwh/m/jahr) - Mitteland bis ca. 800 m ü. M. Bei folgenden Anlagebedingungen sind die Registerflächen anzupassen: - Bivalenter Betrieb (Entzugsenergie max. 50 kwh/m 2 /Jahr) - Höhere Betriebsstunden (>2000), z. B. in Bergregionen - Warmwasseraufbereitung (Summe der Entzugsenergie max. 50 kwh/m 2 /Jahr) Schwimmbadaufbereitung, höhere Betriebsstunden, bivalente Anlagen Wir empfehlen bei Erdregistern keine solchen Anlagen zu erstellen, da der Untergrund nicht mit Bestimmtheit definiert werden kann und somit die Gefahr einer zu grossen Belastung des Erdreiches nicht auszuschliessen ist. Für weiterführende Informationen zum Thema wird das Informationsblatt Nr. 43 des BDH von Mai 2010 empfohlen. 15

16 Planungshinweise Grundlagen für den Anschluss der Erdwärmesonde (Erdregister) an die Wärmepumpe Wärmequellenförderpumpe Weil die mittlere Temperaturdifferenz die Durchflussgeschwindigkeit und die Stoffeigenschaften der verwendeten Wärmeträgerflüssigkeit (Wasser- Frostschutzgemisch) ebenfalls eine entscheidende Rolle spielen, muss die Dimensionierung der Wärmequellenförderpumpe sehr sorgfältig erfolgen. Hinzu kommt, dass die Jahresarbeitszahl der Anlage zufolge des hohen prozentualen Anteils der elektrischen Aufnahmeleistung der Wärmequellenförderpumpe, insbesondere bei kleineren Anlagen, wesentlich beeinflusst werden kann. Der Solekreis der Erdwärmesonde muss bezüglich Durchflussmenge und Druckverlusten sorgfältig berechnet werden. Die Leitungsführung und - dimensionierung sowie die Sondenlänge und - anzahl müssen anlagebezogen optimiert werden. Nur so kann eine für die Anlage richtige Wärmequellenförderpumpe bestimmt werden. Bei den verschiedenen möglichen Förderpumpen ist die grosse Differenz beim hydraulischen Wirkungsgrad ebenfalls in die Dimensionierung miteinzubeziehen. Bei Kompaktwärmepumpen ist die eingebaute Solepumpe auf die Anlageverhältnisse zu prüfen. Wärmedämmung Alle Leitungen, Pumpen und Hahnen dampfdiffusionsdicht mit Kältedämmung versehen. (evtl. Tropfschalen montieren) Verbindungsleitungen und Verteiler - Möglichst kurze Leitungsdistanz wählen - Graben für Verbindungsleitungen auf Frosttiefe, möglichst mit leichtem Gefälle zur Erdwärmesonde ausheben - Grabensohle wasserdurchlässig ausführen; mit Sand belegen, evtl. entwässern - Verbindungsrohre in Sandschicht einbetten (Beschädigungsgefahr) - Überdeckung erst nach Druckprobe vornehmen - Füllen der Anlage gemäss Betriebsanleitung Aussenmontage - Zugänglichkeit des Verteilers gewährleisten - Mauerdurchbrüche und Wärmedämmungen gegen Wasser abdichten Innenmontage - Evtl. Tropfschalen montieren - Körperschallübertragung vermeiden 16

17 Planungshinweise Sole-Wasser Heizungswärmepumpen Einsatzbereich Die Sole-Wasserwärmepumpe wird in der Regel als monovalente Heizung eingesetzt. Bei richtiger Dimensionierung der Wärmepumpe und der Erdwärmesonde bietet die Erdwärme eine relativ konstante Wärmequelle mit guten Arbeitszahlen. Monovalenter Betrieb Wird die Wärmepumpe monovalent (ohne Zusatzheizung) eingesetzt, müssen folgende Grunddaten sorgfältig berechnet bzw. abgeklärt werden: Wärmeleistungsbedarf nach den länderspezifischen Normen (SIA 384/2, DIN , DIN 8901), ermitteln oder durch bisherigen Energieverbrauch bestimmen Maximale erforderliche Vorlauftemperatur des Heizungssystems Die Wärmepumpe muss 100% der erforderlichen durchschnittlichen Gebäudeleistung bei tiefsten Aussenlufttemperaturen und maximalen Vorlauftemperaturen erbringen. Bivalenter Betrieb Wird die Wärmepumpe bivalent (mit Zusatzheizung eingesetzt ) müssen folgende Daten sorgfältig berechnet bzw. abgeklärt werden: Wärmeleistungsbedarf nach den länderspezifischen Normen (SIA 384/2, DIN , DIN 8901), ermitteln, oder durch bisherigen Energieverbrauch bestimmen Die maximal erforderliche Vorlauftemperatur des Heizungssystems Bestimmung des Bivalenzpunktes (Umschaltpunkt) Die Zusatzheizung wird in der Regel auf 100% Leistung dimensioniert. Beim bivalent parallelen Betrieb müssen die Erdwärmesonden durch ein ausgewiesenes Ingenieurbüro ausgelegt werden. Bewilligungen Die Bewilligung der Erdwärmenutzung muss mit dem zuständigen Amt abgeklärt werden. Jeder Anschluss einer Elektrowärmepumpe benötigt eine Bewilligung des zuständigen Elektrizitätswerkes. Erdwärmesonde Die Jahresarbeitszahl einer WP wird wesentlich durch die Auslegung der Erdwärmesonde (EWS) beeinflusst. Für die Dimensionierung ist die Kälteleistung der WP im Auslegepunkt, die Laufdauer pro Jahr, die Geologie, die Lage und die Anordnung und Tiefe der EWS zu berücksichtigen. Als Standard-Bezugspunkt wird die Kälteleistung bei B0 /W35 (Soleeintrittstemperatur = 0ºC, Vorlauftemperatur = 35ºC) angenommen. Für die Ver-setzung von Erdsonden sind die allge-meinen Bohr- und Verlege-Bedingung-en der Bohrfirma zu beachten. Weiterführende Informationen siehe im Kapitel Grundlagen für die Erdwärmesondenauslegung. Thermische Erholungszeit des Erdreichs Der Wärmepumpenbetrieb soll nicht wesentlich grösser als 1800 Std. pro Jahr betragen. Ist die Betriebszeit höher, muss die Erdwärmesonde grösser ausgelegt werden. Bei einer ganzjähriger Brauchwassererwärmung ist die Erdwärmesondenlänge gemäss dem Warmwasserbedarf zu erhöhen, damit genügend Energie aus der Umgebung zu den Erdwärmesonden nachfliesst. Dies gilt insbesondere bei gut gedämmten Bauten (Minergie, Niedrigenergie) wo die Warmwasserbereitung einen hohen Anteil am Jahresenergiebedarf einnimmt. Sole-Wärmeträger Der Solekreislauf erfordert den Einsatz von umweltfreundlichen Frostschutzmittel ( z.b. Ethylenglykol). Die Konzentration von Vol. % ist einzuhalten und periodisch zu überwachen. Das Befüllen der Erdwärmesonde hat nach den Vorgaben in der Betriebsanleitung zu erfolgen. Wird einem System nachträglich Frostschutz- Konzentrat beigegeben, besteht keine Gewährleistung für eine einwandfreie Vermischung mit dem Wasser. Vor dem Einfüllen der Wärmeträgerflüssigkeit ist das Rohrleitungssystem zu spülen. Die EWS darf dabei nie mit Luft leergeblasen werden. Sie muss immer mit Flüssigkeit gefüllt sein. Verunreinigungen können zu Zersetzungserscheinungen im Wärmeträgermedium führen. Dadurch entsteht Schlamm oder die Verunreinigung selber kann zu Störungen am Wärmetauscher und anderen Komponenten führen. Verbindungsleitungen Wärmequelle Die Materialverträglichkeit der Leitungen mit dem Frostschutzmittel ist zu prüfen ( keine verzinkten Leitungen). Verbindungsleitungen sind so kurz wie möglich zu halten. In warmen Räumen bildet sich Schwitzwasser an den Leitungen und Armaturen. Dies muss mit dampfdichtem Isolationsmaterial verhindert oder über eine Tropfrinne abgeleitet werden. Die Installation muss gegen Korrosion geschützt sein (Materialwahl). Um Leckagen feststellen zu können, muss zur Überwachung ein Druckwächter im Solekreislauf eingebaut sein. Jede Erdwärmesonde muss ab Verteiler einzeln absperrbar sein. Ausführungsweise der Erdwärmesondenanlage siehe separates Prinzipschema Geräteaufstellung Aufstellungsort gemäss allgemeinen Planungshinweise, Mindestabstände siehe Geräteabmessungen. 17

18 Planungshinweise Prinzipschema Erdwärmesondenanlage Ausführungshinweise Erdwärmesonde Platzverhältnisse und Zugänglichkeit für schwere Pneufahrzeuge abklären. Bestehende Werkleitungen beachten. Bohrpositionen ausmessen und markieren. Geologisches Gutachten gemäss Bohrbewilligung einholen. Wasser- und Elektroanschluss erstellen. Haftpflicht-/Arteserversicherung abschliessen. Schlammulde bereitstellen. Verbindungsleitungen und Verteiler Möglichst kurze Leitungsdistanz wählen. Graben für Verbindungsleitungen ca. 80 cm tief mit Gefälle zur Erdwärmesonde ausheben. Grabensohle wasserdurchlässig mit Sand belegen. Verbindungsrohre in Sandschicht einbetten (Verletzungsgefahr). Überdeckung erst nach der Druckprobe vornehmen! Aussenmontage Zugänglichkeit des Verteilers gewährleisten Mauerdurchbrüche isolieren und gegen Wasser abdichten Innenmontage Alle Leitungen, Pumpen und Hahnen soweit notwendig dampfdiffusionsdicht isolieren. eventuell Tropfschalen montieren. Körperschallübertragung vermeiden. Wärmedämmung Dampfdiffusionsdichte Ausführung. Genügend Wandstärke vorsehen. Bauseitige arbeiten Koordination und Ausführung der Leitungsgraben, Mauerdurchbrüche und Verteilerschächte. Zuschütten des Grabens und schliessen der Mauerdurchbrüche nach den Montagearbeiten. Verbindungen Verbindungsleitungen und Verteiler. Bei mehreren Sonden sind bauseitige Abgleichorgane zwingend vorgeschrieben, zudem muss die Länge und der Durchmesser der einzelnen Sonden am Verteiler beschriftet sein. Bei mehreren Sondenfeldern muss zudem ein zusätzliches Abgleichorgan pro Verteiler vorhanden sein. Der Abgleich der Sonden und Sondenfelder muss bauseits erfolgen. Lieferung/Montage durch ELCO/ Installationsfirma Bauseits Graben und Durchbrüche Sondentiefe 8 1 Absperrschieber 2 Druckwächter 3 Manometer 4 Ausdehnungsgefäss 5 Sicherheitsventil 6 Füll- und Entleerhahnen 7 Handentlüfter 8 Abgleichorgan (STAD, Taco- Setter) pro Sonde, sowie pro Sondenfeld Erdwärmesonde Bohrungen Erdwärmesonden, Einbau und Hinterfüllung Lieferung/Montage durch ELCO/Bohrfirma bei Kompaktgeräten eingebaut Anschluss Wärmepumpe Wärmequellenförderpumpe und Sicherheitseinrichtungen, Verbindungsleitungen, Isolation, Wärmeträgerfüllung Lieferung/Montage durch ELCO/ Installationsfirma 18 Empfehlung: 5% der Sondentiefe Bauseits Schlammulde

19 Planungshinweise Checkliste Schnittstellen bei Erdwärmesonden-Anlagen Bei der Ausführung einer Sole- Wasser-Wärmepumpe sind Schnittstellen zu anderen Fachpartnern abzusichern. Die beiliegende Checkliste ist hierzu eine Unterstützung. Schnittstelle Punkt zur Abklärung Resultat der Abklärung Behörde (Amt für Umwelt, Kreisverwaltungsbehörde) Als erstes abklären, ob gebohrt werden kann bzw. Beurteilung der Erlaubnisbedürftigkeit. Schweiz: Telefon an das Amt für Umwelt genügt mit Angabe der Koordinaten (aus TwixTel). Bei Auftragserhalt Ausfüllen des Gesuches. EW /EVU Anschlussgebühren ermitteln. Abklären ob Installation der Wärmepumpe akzeptiert. Anfrage bezüglich Förderbeiträge. Energiefachstelle Anfrage bezüglich Förderbeiträge Bohrfirma Frühzeitige Reservation der Bohrfirma. Abklärungen, versicherungstechnische Punkte. Geologe Geologisches Gutachten. Maurer / Baufirma Graben für Verbindungsleitung ausheben, bei Sanierung ev. Kernbohrung für Verbindungsleitung. Elektroinstallateur Elektroschema weiterleiten. Erstellen Anschlussleitung. Hinweis auf korrekten Anschluss des Drehfeldes. Gärtner Insbesondere bei Sanierung Bauherrn auf notwendige Umgebungsarbeiten hinweisen. Inbetriebnahme durch ELCO Termin mit Elektroinstallateur koordinieren. Vor der Inbetriebnahme sicherstellen, dass die Wasserdurchlaufmengen sole- und heizungsseitig den Vorgaben entsprechen. 19

20 Planungshinweise Erdwärmesonden-Zuleitungsgraben Anordnung mehrerer Erdwärmesonden Erdwärmesonden-Zuleitungsgraben Graben Zuleitung Detail Zuleitungsgraben falsch richtig Sand Anordnung mehrerer Erdwärmesonden (EWS) Richtig Falsch 2 EWS 3 EWS ab 4 EWS ab 7 EWS Das sind Richtangaben, welche nicht unterschritten werden dürfen. Grössere Sondenfelder sind mittels Simulationsberechnungen durch einen Geologen oder ausgewiesenen Planer zu dimensionieren. 20

21 Planungshinweise Beispiel einer Erdwärmesonde Injektionsrohr Biegeradius DN32: 40cm Biegeradius DN40: 50-80cm Sandbett Sondenrohr-Spezifikation: DN 32, Typ UL 32 4x d32/3,0 mm Füllmenge 2,2 l/m DN 40, Typ UL 40 4x d40/3,7 mm Füllmenge 3,2 l/m PE 100 / S5 / PN 16 Zwei getrennte Kreisläufe Die Erdsonden werden im Werk fertig konfektioniert und mehrfach geprüft. Bentonit-Zement Suspension Bohrdurchmesser mm Bohrverfahren: Rotationsspülbohrung 21

22 Planungshinweise Wasser-Wasser Heizungswärmepumpen Einsatzbereich Die Wasser-Wasserwärmepumpe wird in der Regel als monovalente Heizung eingesetzt. Durch das hohe Temperaturniveau der Wasserquellen werden hohe Leistungszahlen erreicht. Die Nutzungsart dieser Wärmequelle ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Grund- bzw. Oberflächengewässers, der Quellentemperatur sowie allfälligen behördlichen Vorschriften. Direktnutzung Das Temperaturniveau kann bei dieser Anwendung voll genutzt werden. Eine Direktnutzung von natürlichen Gewässer (wie z.b. See-, Grund-, Fluss- Wasser) ist nicht zulässig, da natürliche Gewässer mit der Zeit Ihre Qualität verändern können und daher eine konstante Korrosionsgefahr darstellen. Direktnutzung empfiehlt sich bei geschlossenen Kreisläufen mit einer konstanten und überwachbaren Wasserqualität die derjenigen einer Heizungs- oder Kühlanlage entspricht. Bei Direktnutzung von natürlichen Gewässern entfällt die Werksgarantie. Bewilligung Jede Nutzung des Oberflächen- oder Grundwassers braucht eine behördliche Konzession oder Bewilligung auf der Basis eines hydrogeologisches Gutachtens. Der Anschluss einer Elektrowärmepumpe benötigt eine Bewilligung des zuständigen Elektrizitätswerkes. Verbindungsleitungen Wärmequelle Die Erschliessungsleitungen sind so kurz wie möglich zu halten. Leitungen und Armaturen müssen gegen Grundwasser resistent sein. In warmen Räumen bildet sich Schwitzwasser an den Leitungen und Armaturen. Dies muss mit dampfdichtem Isolationsmaterial verhindert oder über eine Tropfrinne abgeleitet werden. Die Installation muss gegen Korrosion geschützt sein. Um Störungen am Verdampfer zu verhindern, ist in jedem Anwendungfall ein Strömungswächter und eine Frostschutzsicherung einzubauen. Bei Anwendung eines Zwischenkreislaufs, ist die Materialverträglichkeit der Leitungen mit dem Frostschutzmittel zu prüfen (keine verzinkten Leitungen). Nur fachmännisch erstellte Brunnen garantieren einen einwandfreien Betrieb. Der Wärmeentzug aus Oberflächengewässer ist grundsätzlich auf drei Arten möglich: Register im Fliessgewässer Filterbrunnen im Uferbereich für die indirekte Nutzung von Oberflächengewässer Unterwasserfassung Der Vorteil der Filterbrunnenlösung ist die praktisch verschmutzungsfreie Wasserentnahme. Die Unterwasserfassung hat in genügender Tiefe (unter der Sprungschicht) zu erfolgen Ausführungsweise der Grundwasserfassung Siehe separates Prinzipschema Geräteaufstellung Aufstellungsort gemäss allgemeinen Planungshinweise, Mindestabstände siehe Geräteabmessungen. Indirektnutzung Die Nutzung von Oberflächengewässer (Fluss-, See- oder Bachwasser) lassen durch ihre relativ grossen Temperaturschwankungen in der Regel keinen monovalenten Betrieb mit einer Direktnutzung zu. Der für die indirekte Nutzung benötigte Wärmetauscher im Zwischenkreislauf ist aus korrosionsbeständigem Material zu wählen und muss problemlos zu reinigen sein. Es gilt zu beachten, dass die Zwischenkreislauftemperatur je nach Wärmequelle unter 0º C fallen kann (Frostschutz im Zwischenkreislauf). Deshalb ist die Konzentration des Wärmeträgers im Zwischenkreislauf auf die tiefstmögliche Verdampfungstemperatur auszulegen (Empfehlung 25-30% Glykol). Wärmequelle- Fassung und Rückgabe Das entzogene Grundwasser ist dem gleichen Vorkommen in der Fliessrichtung wieder abzugegeben (Distanz > 15 m). Die minimal vorgeschriebene Rückgabetemperatur darf + 4ºC nicht unterschreiten. Die Grösse des Brunnens wird für einen bestimmten Fördervolumenstrom dimensioniert. Vorschriften der örtlichen Behörden sind zu beachten. 22

23 Planungshinweise Prinzipschema Grundwasser (indirekte Nutzung) Ausführungshinweise Wärmequellenanlage Platzverhältnisse und Zugänglichkeit für schwere Pneufahrzeuge abklären Bestehende Werkleitungen beachten Geologisches Gutachten für Bohrbewilligung einholen Wasser- und Elektroanschluss erstellen Haftpflichtversicherung abschliessen Schlammulde bereitstellen Leitungen zu Entnahme- und Rückgabebrunnen Möglichst kurze Leitungsdistanz wählen Grabentiefe unter Frostgrenze legen Grabensohle entwässern Leitungen in Sandschicht einbetten (Verletzungsgefahr) Überdeckung erst nach Druckprobe vornehmen Aussenmontage Zugänglichkeit der Brunnen sicherstellen Mauerdurchbrüche isolieren und gegen Wasser abdichten Innenmontage Alle Leitungen, Pumpen und Armaturen gegen Korrosion schützen Ev. Tropfschalen montieren Körperschallübertragungen vermeiden Wärmedämmung Dampfdiffusionsdichte Ausführung Genügend Dämmstärke zur Verhinderung des Schwitzwassers Bauseitige Arbeiten Koordination und Ausführung der Leitungsgraben, Mauerdurchbrüche und Brunnenschächte Zuschütten des Grabens und schliessen der Mauerdurchbrüche nach den Montagearbeiten Verbindungen Entnahme- und Rückgabeleitungen Graben und Durchbrüche Lieferung/Montage durch Installationsfirma ev. Baumeister Zwischenkreislauf Solepumpe Erstellen des Zwischenkreislaufes inkl. Wärmeträgerfüllung (Frostschutzgemisch) Lieferung/Montage durch: Installationsfirma Wärmepumpe In Kompaktwärmepumpen eingebaut Überhöhung Abdichtung des Bohrloches Terrain Solenbeton Wärmequellenanlage Erstellen der Entnahme- und Rücklaufbrunnen Grundwasserpumpe Lieferung/Montage durch Installationsfirma /Bohrunternehmung Legende 1 ev. Filter 2 Absperrschieber 3 Zwischentauscher 4 Handentlüfter 5 Füll- und Entleerhahnen 6 Sicherheitsventil 7 Thermometer 8 Ausdehnungsgefäss 9 Manometer 11 Strömungswächter 12 Umwälzpumpe 13 Rückschlagventil 14 ev. Volumenstromzähler 15 Drosselventil 16 Frostschutzthermostat 17 Tauchpumpe 18 Feinfilter Maschengrösse = my 23

24 Planungshinweise Grundwasser-Anlage Aufführung der Grundwasserschächte Der Entnahmeschacht und Abgabeschacht ist immer getrennt zu führen, um ein Auskühlen / Frieren des Entnahmeschachts zu verhindern. Die Schächte sind in einem minimalen Abstand von 15 m zu führen. Beiliegend die empfohlene Ausführung für Grundwasserschächte. Für die Abklärung der Grundwasserkapazität ist ein geologisches Gutachten zu erstellen. Berechnung der Grundwasserpumpe Für die Berechnung der Grundwasserpumpe ist die geodätische Höhe (h) zum Druckverlust zu addieren, da es sich um ein offenes System handelt. Zu beachten ist, dass die Grösse der geodätischen Höhe einen direkten Zusammenhang hat mit der daraus entstehenden Leistungsaufnahme der Brunnenpumpe, daher ist dieser Parameter bei der Berechnung des Wirkungsgrades der Gesamtanlage zu berücksichtigen. Je tiefer der Grundwasserspiegel liegt, desto leistungsstärker wird die Grundwasserpumpe sein und den Wirkungsgrad der Anlage entsprechend beeinträchtigen. Beispiel Druckverlust Geodätische Höhe (h) Total Widerstand zur Berechnung der Grundwasserpumpe Indirekte Nutzung h 3 mws (Meter Wassersäule) 15 mws 18 mws 24

25 Planungshinweise Grundwasser-Anlage Förderbrunnen Evtl. Überhöhung min. 30cm min. Ø 100cm min. Ø 60cm Dichter Schachtdeckel mit Aufschrift "Grundwasser" und Schrauboder Riegelverschluss oder Überstand und Pumpensumpf O.K. Terrain Sorgfältig eingebrachte Abdichtung Im Einstiegschacht sind die Zementrohrfugen und Rohrdurchführungen abzudichten Evtl. Pumpensumpf min. 20 cm Tonabdichtung Ruhewasserspiegel Vollrohr bis unter den abgesenkten Grundwasserspiegel Sohlenbeton Förderwasserspiegel Filterkies (sortiert, gewaschen und abgestimmt) Förderpumpe Filterrohr Vollrohr um Pumpe Abdeckung auf Filterrohr. Bei Filterbrunnen innerhalb vom Gebäude ist die Abdeckung zu verschrauben Filterrohr Sohlenbeton Detail Brunnenkopf Filterrohr Vollrohr Schlammsack min. 1m Bildquelle: Bundesamt für Umwelt BAFU (Schweiz) 25

26 Planungshinweise Grundwasser-Anlage Evtl. Überhöhung min. 30cm min. Ø 100cm min. Ø 60cm Dichter Schachtdeckel mit Aufschrift "Versickerung" und Schraub- oder Riegelverschluss oder Überstand und Pumpensumpf O.K. Terrain Sorgfältig eingebrachte Abdichtung: Hinterfüllung mit un- bzw. schlecht durchlässigem Aushubmaterial (>1m) oder Tonschlag (50cm) evtl. Pumpensumpf Auffüllung min. 20 cm Tonabdichtung Sohlenbeton Filterrohr-Ø: min. 115mm (4½") min. Grundwasserspiegel Eintauchtiefe ca. 1m Beispiel Sickerschacht Beispiel Schluckbrunnen Evtl. Überhöhung min. 30cm min. Ø 60cm Dichter Schachtdeckel mit Aufschrift "Versickerung" und Schraub- oder Riegelverschluss oder Überstand und Pumpensumpf O.K. Terrain Sorgfältig eingebrachte Abdichtung: Hinterfüllung mit un- bzw. schlecht durchlässigem Aushubmaterial (>1m) oder Tonschlag (50cm) Variabel (je nach Sickerfähigkeit) Aushublinie Geröll cm Sickerfähiger Untergrund Bildquelle: Bundesamt für Umwelt BAFU (Schweiz) 26 min.100 cm Variabel (je nach Sickerfähigkeit) Evtl. Fundament

27 Planungshinweise Grundwasser-Anlage Infiltration Sammelschacht Zufluss Sickerschacht Infiltrationsgraben, Anzahl, Richtung, Länge und Breite in Abhängigkeit der Sickerfähigkeit des Bodens. Infiltrationsgraben können mittels Drainagerohre oder auch nur durch ein Kiesbett erstellt werden. Infiltrationsgraben können als Längsgraben, als Verbindung von zwei oder mehreren Sickerschächte, oder in Radialform von einem Sickerschacht erstellt werden. Oberboden Oberboden Aushubmaterial so undurchlässig wie möglich Geotextil Drainagerohr Gefälle max 0.5% ( DN150) Kies mm Min. 0.5 m Aushubmaterial so undurchlässig wie möglich Geotextil Kies mm Variabel in Abhängigkeit der Sickerfähigkeit ( 0.6 m) Variabel in Abhängigkeit der Sickerfähigkeit ( 0.6 m) 27

28 Planungshinweise Kühlen mit der Wärmepumpenanlage Begriffserklärung: Passivkühlung (auch Freecooling genannt) Einem behaglichen Raumklima auch im Sommer wird insbesondere im Neubau immer mehr Bedeutung beigemessen. Dieses kann mit der Passivkühlung, bei welchem überschüssige Raumwärme über einen Wärmetauscher direkt an die Erdwärmesonde oder das Grundwasser abgegeben wird, verbessert werden. Der Kältekreis der Wärmepumpe ist für diese Art von Kühlung nicht in Betrieb. Die Kälteleistung wird alleine durch den Wärmeaustausch zwischen Wärmequelle und Verteil-system erreicht, dank einem zusätzlich eingebauten Wärmetauscher. Dabei ist die Quellenpumpe und die Kühlkreis-pumpe (= Heizkreispumpe) in Betrieb. Folgende Punkte sind zu beachten oder wissenswert: - Diese Art Kühlung weist tiefe Betriebskosten auf, da nur Strom für den Antrieb der Umwälzpumpen benötigt wird. (Bei Grundwasser zu beachten, dass die benötigte Antriebsenergie mit der Brunnentiefe zunimmt). - Die Kühlleistung ist beschränkt, da die Quelle nicht endlos Energie aufnehmen und abgeben kann. Wenn gleich nicht der komplette Kühlbedarf abgedeckt werden kann, führt der erreichte Kühleffekt in Verbindung mit ausreichender Verschattung der Räume und bei geschlossenen Fenstern zu einer spürbaren Senkung der Raumtemperatur. Weiter nimmt die Kühlleistung während dem Sommer ab durch die Erwärmung des Erdreichs um die Erdsonden. Dieses System ist daher eher für die Kühlung im Bereich des Wohnungsbaus, und nicht für Büro-, Laden- oder industrielle Kühlzwecke geeignet. - Verteilsysteme: bedingt geeignet ist Fußbodenheizung (zusätzliche Einschränkung der Kühlleistung), optimal geeignet sind Kühldecken, nicht geeignet sind Radiatoren. - Thermostatventile müssen im Sommer offen sein. - Räume mit erhöhtem Wärmebedarf im Winter, wie beispielsweise das Badezimmer, werden aufgrund der entsprechend dimensionierten Wärmetauscherfläche im Sommer etwas stärker gekühlt, was nicht unbedingt erwünscht ist. Dieser unerwünschte Effekt kann vermieden werden, wenn bauseits beispielsweise sichergestellt ist, dass das Thermostatventil für diese Räume im Sommer geschlossen bleibt. Der Wärmeeintrag in die Erdwärmesonde im Sommer hat zudem den positiven Nebeneffekt einer gewissen Sonden- Regenerierung, welche dazu führt, dass die Sonden-austrittstemperatur leicht angehoben wird, was zu einer geringen Erhöhung des Wirkungsgrades insbesondere der Warmwasserbereitung im Sommer führen kann. Kühlleistung und - Energie des Erdreiches Neben der Temperaturdifferenz zwischen Erdreich und Raumtemperatur sind die verfügbare bzw. nutzbare Entzugsleistung und Kälteenergie für die Kühlung zu beachten. Nachfolgend wird eine Grössenordnung für Rohre Ø 32 mm als Richtinformation genannt; konkret sind aber die Werte der Büros für geologische Begutachtung massgebend. Aktivkühlung Eine definierte Kühlleistung hingegen wird durch aktive Kühlung erreicht, mit den reversiblen Wärmepumpen AQUA- TOP TR in Kombination mit einem für Wärme und Kälte geeigneten Verteilsystem (z.b. Fan Coil). Im Gegensatz zur Passivkühlung ist beim aktiven Kühlen der Kompressor der Wärmepumpe in Funktion (Umkehr des Kältekreises). Dabei wird im Kühlbetrieb ein Prozessumkehr gemacht. In diesem Fall wird die Wärme-Abgabeseite (Kondensator) zur Wärmeaufnahme-Seite (Verdampfer). Die Wärmepumpe funktioniert in dieser Phase wie ein Kühlschrank. Der Kühl- und Heizbetrieb kann nicht gleichzeitig erfolgen. Damit die Wärmepumpe nicht zuviel Ein- und Ausschaltungen und Umschaltungen erhält, empfiehlt sich der Einsatz eines Kühlspeichers. Je nach Anlagekonzept kann der Heizungsspeicher auch als Kühlspeicher verwendet werden. Vorteile einer Aktivkühlung: - Diese Art Kühlung hat zum Vorteil, dass die Kälteleistung über die ganze Kühlperiode gewährleistet werden kann, daher sind auch die Raumtemperaturen oder die Temperatur des zu kühlenden Fluids immer gewährleistet. - Es können Betriebstemperaturen gefahren werden unter dem Taupunkt, daher kann mittels eines Lüftungsmonoblock oder Fan Coils die Luft entfeuchtet werden, was besonders in kommerziellen Anlagen angestrebt wird. Dämmung bei Anwendungen mit Aktivkühlung Wasser mit einer Temperatur niedriger als 17 C wird als Kaltwasser bezeichnet. Bei Kaltwasserinstallationen sind die gewöhnlichen Dämmungen für Heizungsanlagen nicht mehr anwendbar. Also speziell in Anwendungen mit Aktivkühlung ist eine geeignete Dämmung unerlässlich. Die Dämmung bei Anwendungen mit Kaltwasser wird angewendet um die Kondensatbildung zu vermeiden, Wärmeeintrag ins kalte Wasser zu vermeiden und als Schutz gegen externe mechanische Belastungen. Speziell die Kondensatbildung muss mit einer geeigneten dampfdichten Isolation vermieden werden, da sich sonst Oberflächenkorrosionen auf den Systemen oder Schimmel an feuchten Stellen bilden können. Dies gilt auch für die Isolierung der Armaturen wie Pumpen, Hahnen, Ventile etc. Auf dem Markt findet man für diese Anwendungen spezielle Isolierungsmaterialien in verschiedenen Ausführungen (z.b. Armaflex, Tubolit). Die Isolationstechnik ist in folgenden Normen beschrieben SIA 380, DIN Halten Sie sich an die Richtlinien kompetenter Fachverbände Ihres Landes (VSI Verband Schweizerischer Isolierfirmen, VDI-Richtlinien Verein Deutscher Ingenieure, FESI). Abgabeleistung Kühlenergie/Jahr Erdwärmesonden vertikal ca. 30W/m kwh/m/a Erdregister horizontal ca. 15W/m kwh/m 2 /a 28