4.5 Planung des Warmwasserbedarfes

Transkript

1 Planung einer Wärmepumpenanlage 4.5 Planung des Warmwasserbedarfes Die Anforderungen der Warmwasserversorgung sind im Vergleich zur Raumbeheizung anders gelagert. Die Warmwasserversorgung wird das ganze Jahr über mit relativ gleichen Mengen und Temperaturen genutzt. Das Temperaturniveau ist dabei höher als für die Wärmeversorgung einer Fußbodenheizung. Durch diesen höheren Temperaturhub ist die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe für Heizung und Warmwasserbereitung niedriger als die bei einer Wärmepumpe, die alleinig für die Heizung eingesetzt wird. In der Regel wird bei der Planung der Wärmepumpenanlage die Warmwasserbereitung durch die Wärmepumpe mit realisiert. Fast alle Hersteller haben abgestimmte Speicher als Kombination mit der Wärmepumpe im Programm. Wichtig: In der Regel können Warmwasserspeicher, die mit Gas- oder Ölkesseln kombiniert werden, nicht zur Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe herangezogen werden. Da Wärmepumpen nur eine Vorlauftemperatur von ca. 60 C erreichen, sind Systeme zu nutzen, welche diese Temperatur mit möglichst geringen Verlusten auf das Brauchwasser übertragen. Durch die großzügige Dimensionierung der Wärmeübertrager des Warmwassersystems wird eine ausreichende Warmwassertemperatur gewährleistet. Gleichzeitig wird hierdurch ein zu häufiges Einschalten der Wärmepumpe vermieden. Für einen Haushalt mit bis zu vier Personen ist ein Speicherinhalt von l ausreichend. Im Folgenden werden die gängigsten Techniken zur Warmwasserbereitung beschrieben. Indirekt beheizte Speicher mit innenliegendem Wärmeübertrager: Um einen störungsfreien Betrieb der Warmwasserbereitung mit der Wärmepumpe zu realisieren, ist überschlägig eine Wärmeübertragungsfläche von ca. 1 m² pro 3 4 kw Heizleistung der Wärmepumpe zu veranschlagen. Ist die Wärmeübertragungsfläche zu klein dimensioniert, so können niedrige Warmwassertemperaturen (und damit eine erhöhte Anforderung der Wärmepumpe für Warmwasserbereitung) oder eine Störabschaltung der Wärmepumpe über den Hochdruckpressostaten die Folge sein. Bei Warmwasserspeichern mit großen Wärmeübertragungsflächen ist unbedingt der Druckverlust des Wärmeübertragers mit der Restförderhöhe der Wärmepumpe zu vergleichen und ggf. abzustimmen. 48

2 1. Magnesium Schutzanode 2. Warmwasseranschluss 3. Vorlauf Heizung 4. Rücklauf Heizung 5. Vorlauf Wärmepumpe 6. Anschluss Zirkulationsleitung 7. Tauchhülse für Heizungsfühler 8. Rücklauf Wärmepumpe 9. Kaltwasseranschluss 10. Revisionssöffnung Bild 4-6: Schnittdarstellung eines Speichers mit innenliegendem, groß dimensioniertem Wärmetauscher Vorlauf Heizung Rücklauf Heizung Vorlauf Wärmepumpe Warmwasser Zulauf Kaltwasser Äußerer Speicher (Primärvolumen) Innerer Speicher (Sekundärvolumen) Rücklauf Wärmepumpe Bild 4-7: Schnittdarstellung eines Doppelmantelspeichers in Kombination mit einer Wärmepumpe 49

3 Planung einer Wärmepumpenanlage Doppelmantelspeicher: Als Warmwasserbereiter wird ein spezieller Doppelmantelspeicher mit hohem Wasservolumen im Heizungskreisbehälter (Primärvolumen) eingesetzt, da durch die große Oberfläche Heizungswasser / Brauchwasser eine hohe Temperatur des Brauchwasserbehälters (Sekundärvolumen) erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Auskopplung von Heizungswasser für einen Radiatorenkreis. Bei einem 300-l-Doppelmantelspeicher können überschlägig Radiatorenheizkörper bis zu einer Leistung von 3 kw angeschlossen werden, z. B. Badheizkörper. Multifunktionsspeicher: Im Unterschied zu den o. g. Speichern wird bei Multifunktionsspeichern Heizungswasser gepuffert. Im Inneren des Speichers sorgt ein Edelstahl- Wellrohr für eine Warmwasserbereitung im Durchflussprinzip. Multifunktionsspeicher können mit Wärmepumpen, Gas-, Öl-, Pellet- bzw. Festbrennstoffkesseln und Blockheizkraftwerken für Heizung und Warmwasserbereitung kombiniert werden. Aufgrund seiner vielfältigen Anschlussmöglichkeiten eignen sich Multifunktionsspeicher perfekt für Ein- und Mehrfamilienhäuser, Pensionen und Hotels, Campingplätze, Sport- und Betriebsstätten. Werden Multifunktionsspeicher zusätzlich mit einem Solarwärmeübertrager ausgerüstet (häufig schon serienmäßig im Speicher integriert), kann zusätzlich auch solare Wärme für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung eingekoppelt werden. 1. Warmwasseranschluss 2. Vorlauf Wärmepumpe Warmwasser 3. Einströhmdämpfer 4. Rücklauf Wärmepumpe Warmwasser 5. Edelstahl-Wellrohr-Wärmetauscher 6. Schichtungslanze 7. Vorlauf Wärmepumpe Heizung 8. Kaltwasseranschluss 9. Solarwärmetauscher 10. Schichtungskörper 11. Rücklauf Wärmepumpe Heizung Bild 4-8: Schnittdarstellung eines Multifunktionsspeichers mit Solarwärmetauscher 50

4 Speicherladesysteme: Bei Speicherladesystemen wird die Speicherladung über einen externen Wärmeübertrager in Verbindung mit einer Ladepumpe und einem temperaturgesteuerten Ventil realisiert. Durch die individuelle Anpassung dieses Systems an die eingesetzte Wärmepumpe können auch kleinere Speicher mit Wärmepumpen größerer Leistung geladen werden. Die Dimensionierung des Plattenwärmeübertrager (Standardbauart von externen Wärmeübertragern) hat auf Grund der Heizleistung der Wärmepumpe und der Wassertemperaturen primär und sekundär zu erfolgen. Bei der Auslegung größerer Ladesysteme für Mehrfamilienhäuser hat das DVGW-Arbeitsblatt W 551 (Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Neuanlagen) Anwendung zu finden. Warmwasserwärmepumpe: Eine Brauchwasserwärmepumpe kann die Wärme aus der Umgebungsluft im Aufstellraum als Wärmequelle nutzen. Der Nachfluss von Wärme geschieht über die Kellerwände und von Geräten, die Wärme abgeben (z. B. Kühl- oder Gefriergeräte). Natürlich können auch die Wärmeverluste von Heizkesseln genutzt werden. Über Rohrsysteme besteht die Möglichkeit. die Wärmequelle Abluft aus Küchen oder Badezimmern über einen Abluftkanal der Warmwasserwärmepumpe zuzuführen und diese als Energiequelle zu nutzen. Ferner kann die heruntergekühlte Luft in Räume geleitet werden, um diesen Raum zu kühlen, z. B. Weinlager, Obst-/ Gemüselagerung etc. Bild 4-9: Brauchwasserwärmepumpe mit Abluftkanälen Während der Sommermonate sind aufgrund der höheren Lufttemperaturen die höheren Wirkungsgrade (Arbeitszahlen) zu erzielen. Durch das in der Brauchwasserwärmepumpe verwendete Kältemittel R 134a sind Warmwassertemperaturen von bis zu 65 C zu erzielen. Bei Unterschreitung der Umgebungstemperatur von 8 C, wird die Warmwasserversorgung durch die serienmäßig eingebaute Elektro-Zusatzheizung oder durch die Heizungswärmepumpe übernommen. 51

5 Planung einer Wärmepumpenanlage Die Trocknung der Luft und damit die Entfeuchtung der Räume ist eine zusätzliche Eigenschaft beim Betrieb einer Brauchwasserwärmepumpe. Aus diesem Grund muss stets auf eine sichere Abführung des Kondensationswassers geachtet werden. Elektro-Durchlauferhitzer / Elektro-Warmwasserspeicher: Gerade bei der Sanierung von Häusern im Bestand kann die Lösung in Form einer dezentralen Warmwasserversorgung mit Elektro-Durchlauferhitzern oder Elektro-Kleinspeichern eine durchaus sinnvolle Lösung darstellen. Vorteile dieser Systeme sind die kurzen Rohrleitungswege und damit verbunden minimaler Verteilverluste. In der Regel wird pro Entnahmestelle ein Elektro-Warmwassergerät installiert. Moderne elektronisch geregelte Durchlauferhitzer bieten sich für Sanitärräume an, Elektro-Kleinspeicher für einzelne Entnahmestellen, wie z. B. die Spüle in der Küche. Bild 4-10: Elektronisch geregelter Durchlauferhitzer mit Fernbedienung 52

6 Art der Warmwasserbereitung Investitionskosten Betriebskosten Warmwasserleistung Sonstige Informationen Speicher mit innenliegendem Wärmeübertrager Doppelmantelspeicher Multifunktionsspeicher mittel niedrig mittel Gutes Preis- Leistungs-Verhältnis höher niedrig höher Versorgung eines Radiatorkreises über den Doppelmantel hoch niedrig mittel Einbringung von Solarthermie möglich Speicherladesysteme hoch niedrig hoch Hohe Warmwasserleistung auch für MFH Warmwasserwärmepumpe höher sehr niedrig mittel Sehr hohe Effizienz Einbringung von Solarthermie möglich Elektrodurchlauferhitzer, -speicher niedrig hoch niedrig Niedrige Investition 4.6 Wahl der Wärmepumpe Bei monovalenter Betriebsweise muss die Wärmepumpe alleine die Heizleistung des Hauses realisieren. Wird die Wärmepumpe in Verbindung mit der Elektro-Zusatzheizung monoenergetisch betrieben, sollte die Zusatzheizung max. 15 % des Wärmebedarfes aufbringen. Bei der Wahl einer Luft / Wasser-Wärmepumpe ist die Abhängigkeit der Heizleistung (im Winter steigend) im Bezug zur sinkenden Wärmequellentemperatur zu berücksichtigen. Die genaue Ermittlung der Heizleistung ist im Kapitel Planung der Wärmequelle Außenluft erläutert. 4.7 Ermittlung der Zuschläge Die Wärmequelle einer Sole / Wasser-Wärmepumpe kann man sich wie einen Akku vorstellen. Ist der Akku ausreichend groß dimensioniert, kann er die Anforderungen (z. B. den Betrieb einer Taschenlampe für eine fest gesetzte Zeit) erfüllen. Genauso verhält es sich mit der Wärmequelle ist die Wärmequelle groß genug, kann sie über den Winter der Wärmepumpe die Energie liefern. Im Sommer wird sie durch die Sonne bzw. bei Erdwärmesonden durch den geothermischen Wärmefluss aus dem Inneren der Erde wieder aufgeladen. Um zusätzliche Verbraucher, wie z. B. die Warmwasserversorgung, durch die Wärmequelle mitzuversorgen, sind Zuschläge erforderlich. 53