Wärmepumpenbetrieb ohne Speicher mit tiefen Vorlauftemperaturen

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1 Wärmepumpenbetrieb ohne Speicher mit tiefen Vorlauftemperaturen Arthur Huber Dipl. Ing. ETH / SIA Huber Energietechnik AG 1

2 Wärmepumpenbetrieb ohne Speicher mit tiefen Vorlauftemperaturen Ergebnisse der Feldanalyse (fawa) des BFE Einfluss der Heizungsverteilung auf den Stromverbrauch Welche Vorlauftemperaturen sind erreichbar? Warum vergrössern Speicher den Stromverbrauch? Warum werden Speicher trotzdem empfohlen? Sind die Empfehlungen heute noch zeitgemäss? Selbstregulierende Fussbodenheizung ohne Speicher Kombispeicher und serielle Speicher 2

3 Entwicklung Arbeitszahl aus der Feldanalyse von Wärmepumpenanlagen (fawa, Energie Schweiz) njaz 2 [-] Neubau Sanierung Alle njaz 2 nach Baujahr: Luft/Wasser 1994/ Baujahr 3

4 Entwicklung Arbeitszahl aus der Feldanalyse von Wärmepumpenanlagen (fawa, Energie Schweiz) njaz 2 [-] njaz 2 nach Baujahr: Sole/ Wasser Neubau Sanierung Alle / Baujahr 4

5 Entwicklung der COP Werte auf dem Prüfstand Max2003 Min2003 Max1999 Min1999 Max1994 Min L/W 7/35 L/W 2/35 L/W -7/50 S/W 5/35 S/W 0/35 S/W -5/50 W/W 10/35 W/W 10/50 5

6 T VL [ C] Jahresmittel der Vorlauftemperatur Planung Neubau Sanierung Alle / Baujahr 6

7 Carnot - Wirkungsgrad [-] physikalisch maximal möglicher Wirkungsgrad (COP) einer Wärmepumpenheizung Wärmeabgabe 25 C 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C 65 C Quellen-Temperatur C Huber Energietechnik AG, Zürich 7

8 COP einer Wärmepumpe bei einem Gütegrad von 0.5 COP [-] 7 Wärmeabgabe 30 C 6 35 C 5 40 C 4 33% 15% 45 C 50 C 3 55 C 60 C Quellen-Temperatur C Huber Energietechnik AG, Zürich 8

9 Energie-Praxis Seminar COP von Wärmepumpen auf dem Prüfstand L/W 20/35 L/W 10/35* L/W 7/35* L/W 2/35* L/W -7/35* L/W 20/50* L/W 15/50* L/W 7/50* L/W 2/50* L/W -7/50* S/W 5/35* S/W 0/35* S/W -5/35* S/W 5/50* S/W 0/50* S/W -5/50* W/W 15/35* W/W 10/35* W/W 15/50* W/W 10/50* 9

10 Heizleistung für Verbundrohre 16/12mm und Parkettboden Heizleistung [W/m2] ??? VL=30 C / RL=26 C / Ti=20 C VL=35 C / RL=29 C / Ti=20 C VL=40 C / RL=32 C / Ti=20 C VL=45 C / RL=35 C / Ti=20 C VL=30 C / RL=26 C / Ti=22 C W/m W/m VL=45 C / RL=35 C / Ti=22 C VL=35 C / RL=29 C / Ti=22 C VL=40 C / RL=32 C / Ti=22 C typischer Neubau Verlege-Abstand [cm] typischer MINERGIE-Neubau 0 33 cm cm Huber Energietechnik AG, Zürich 20 cm 35 C Vorlauftemperatur ist ausreichend! 10

11 Heizleistung für Verbundrohre 16/12mm und Nadelfilz - Teppich Heizleistung [W/m2] ??? VL=30 C / RL=26 C / Ti=20 C VL=35 C / RL=29 C / Ti=20 C VL=40 C / RL=32 C / Ti=20 C VL=45 C / RL=35 C / Ti=20 C VL=30 C / RL=26 C / Ti=22 C W/m W/m Verlege-Abstand [cm] cm Huber Energietechnik AG, Zürich 16 cm 28 cm VL=45 C / RL=35 C / Ti=22 C VL=35 C / RL=29 C / Ti=22 C VL=40 C / RL=32 C / Ti=22 C typischer Neubau typischer MINERGIE-Neubau 35 C Vorlauftemperatur ist ausreichend! 11

12 Verlegeabstand: Typischer Verlegeabstand der Fussbodenheizungsrohre: 5 cm 25 cm Max. spezifische Wärmeleistung bei einem Verlegeabstand von 5 cm: Klebeparkett ca. 30 W/m 2 mit Fliesen ca. 40 W/m 2 12

13 Vorlauftemperaturen von maximal 35 C sind im Neubau immer realisierbar! 13

14 Vorsicht: Teppiche erhöhen Vorlauftemperatur Bad / WC auf 20 C auslegen oder zusätzlicher Radiator im Bad / WC Kaltluftabfall an grossen Fenstern nicht kompensierbar (SIA 180 beachten) Heizkreise ohne Thermostatventile beim Fenster Wärmegewinne aus Obergeschoss berücksichtigen 14

15 Vorsicht: Nachtabsenkung und Sperrzeiten erhöhen Vorlauftemperatur Beispiel mit 4 h Nachtabschaltung: 35 W/m2 * 24h / 20h = 42 W/m2 15

16 Technische Speicher erhöhen Kondensationstemperatur p 35 C Thermostat- Ventile 42 C ein 28 C 42 C 34 C Wassererwärmer technischer Speicher 34 C aus 35 C 28 C 16

17 Warum werden trotzdem Speicher eingesetzt? 17

18 Heute üblich: Überströmschaltung mit Thermostatventilen Thermostat -ventile Fussbodenheizung Überströmer Fussbodenheizung Aussenfühler Aufwendige und komplizierte Einregulierung (Überströmer) Träge Reaktion auf Laständerungen 18

19 Empfehlung Hersteller: Hydraulische Trennung p Thermostat- Ventile technischer Speicher? Wassererwärmer 19

20 Argumente für technische Speicher Längere Laufzeit der Wärmepumpe, weniger Takten hydraulische Trennung zwischen Erzeugung und Abgabe Wird im Abtaubetrieb benötigt Wird für den Einbau einer Zusatzheizung (Heizstab) benötigt Geringere Temperaturschwankungen im Raum Wird für Einstellung der Wärmepumpe benötigt Wird für Nachkondensation der Wärmepumpe benötigt 20

21 Wärmepumpenstörungen aus der Feldanalyse von Wärmepumpenanlagen (fawa, Energie Schweiz) Verfügbarkeit Anlagen mit Speicher haben nicht weniger Störungen Verfügbarkeit [-] L/W S/W mono* bivalent o/ Speicher m/ Speicher * mono: monovalent (gesamte Raumwärme ab WP ) 21

22 Technische Speicher haben praktisch keinen Einfluss auf die Taktrate (fawa, Energie Schweiz) Takt rate WP nicht normiert LZ pro Start [Min.] m/ Speicher o/ Speicher 22

23 Argumente für technische Speicher Längere Laufzeit der Wärmepumpe, weniger Takten Ist die Startbegrenzung richtig eingestellt? hydraulische Trennung zwischen Erzeugung und Abgabe Im MFH OK, ist im EFH die Minimalwassermenge nicht eingehalten? Wird im Abtaubetrieb benötigt Ist die Minimalwassermenge im Abtaubetrieb garantiert? Wird für den Einbau einer Zusatzheizung (Heizstab) benötigt Ist die Heizung richtig dimensioniert? Ist ein Durchlauferhitzer nicht möglich? Geringere Temperaturschwankungen im Raum Zeitkonstante des Gebäudes zu klein? Ist Haus isoliert? Wird für Einstellung der Wärmepumpe benötigt Ist die Minimalwassermenge garantiert? Wird für Nachkondensation der Wärmepumpe benötigt Ist die Minimalwassermenge im Abtaubetrieb garantiert? 23

24 Minimalwassermenge ist das grosse Problem! 24

25 Gibt es Alternativen? 25

26 Einfache Hydraulik im EFH dank Selbstregeleffekt Raumfühler Fussbodenheizung Fussbodenheizung Aussenfühler Keine Einregulierung (keine Überströmer) Keine Thermostatventile Keine technischen Speicher Schnelle Reaktion auf Laständerungen dank Selbstregeleffekt 26

27 Beispiel: WP mit selbstregulierende Fussbodenheizung Architektur: F. Field, Main GmbH Baujahr:

28 Beispiel: Selbstregulierende Fussbodenheizung Sonnenkollektoren S/W-Wärmepumpe 7 kw P WW-Boiler 450 l Raumfühler 28

29 Vorteile: Schnelle Reaktion auf Laständerung Keine Thermostatventile nötig dank Selbstregeleffekt Möglichkeit zur Befreiung der VHKA im Mehrfamilienhaus Geringere Dämmung zwischen den Stockwerken nötig (SIA 384/2 ) Immer genügend Wassermenge auf Wärmepumpe Minimale Kondensationstemperatur und somit minimaler Strombedarf Keine Einstellprobleme 29

30 Beispiel 1: Kombispeicher 9.2 m2 Heizungsverteilung (Fussbodenheizung) Elektro-Heizstab 2.5 kw Heizungs - Ladung cs 8i 800 Liter Problem: Bei Warmwasserladung wird ganzer Speicher auf Warmwassertemperatur durchgeladen 30

31 Beispiel 2: serieller Speicher p Siemens SI 17M Thermostat- Ventile Novelan B 200 SF/C Überström- Ventil Speicher 850 l 1 m2 Tauscherfläche 200 l 2 x 125 m Erdwärmesonde 32 mm Problem: Zu kleiner Wärmetauscher im Warmwasser führt zu Hochdruckstörungen in der Wärmepumpe 31

32 Schlussfolgerungen: Vorlauftemperaturen im Neubau um 10 C zu hoch Im Neubau: 35 C Vorlauf immer erreichbar Nachtabsenkungen vermeiden Technischer Speicher oft unnötig Laufzeit und Taktraten kein Argument für Speicher Vorlauf < 30 C --> Selbstregeleffekt ohne Thermostatventile 32