*14487* Art. Nr.: H 10 Technische Änderungen vorbehalten. SolvisMax Wärmepumpe Planungsunterlage

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1 SolvisMax Wärmepumpe Planungsunterlage SolvisMax Wärmepumpe und SolvisMax Wärmepumpe Pur 6 kw / 7kW Die bewährte Technik: Solarschichtspeicher mit integrierter Wärmepumpe Keine Vor-Ort-Emissionen Höchste Energienutzung durch effiziente Anlagentechnik Intelligente, witterungsgeführte Systemregelung der Gesamtanlage Frischwassererwärmung mit höchstem Komfort Geringer Platzbedarf *14487* Art. Nr.: H 10 Technische Änderungen vorbehalten / c

2 Inhaltsverzeichnis 1 Information zur Anleitung Das System SolvisMax Alles in einem Gerät Einsatzbereich Das Prinzip des Solvis-Schichtenladers Die Heizkreisversorgung Die Warmwasserversorgung Systemvarianten Solarspeicher im Vergleich Die Systemregelung SolvisControl Allgemeines Regel- und Steuerungsfunktionen Die Wärmepumpe Das Wärmepumpen-Aggregat E-Heizstab Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe Festbrennstoffkessel Vorteile der SolvisMax Wärmepumpe Anlagenplanung Aufstellbedingungen Auswahl des geeigneten Heizungssystems Auslegung der Solaranlage Anforderungen an das Heizwasser im Speicher Vermeidung von Schäden durch Steinbildung Vermeidung von Schäden durch Korrosion Wasserbehandlung Auslegung der Speichergröße Besonderheiten der Warmwasser-Bereitung bei fehlender Solar-Unterstützung Warmwasserkomfort erhöhen Dimensionierung der Wärmepumpe Betriebsweise monovalent Betriebsweise monoenergetisch Berechnung Leistungszahl, Jahresarbeitszahl und System-Jahresarbeitszahl Solare Soleanhebung Stromversorgung der Wärmepumpe Erdwärmequellenanlagen Erdreichkollektor Erdwärmesonden Solekreis Grundwasser als Erdwärmequelle Grundwasserkreis Andere Wärmequellenanlagen SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

3 4 Lieferumfang Technische Daten Anhang Zubehör Solarkreis Erdwärmequelle Warmwasserkreis Heizkreis Sonstiges Projektdaten Index SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 3

4 1 Information zur Anleitung 1 Information zur Anleitung In dieser Broschüre finden Sie grundlegende Hinweise für die fachgerechte Errichtung und den Betrieb der Anlage oder der Systemkomponente. Wir geben Ihnen Tipps, wie Sie eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Betriebsweise des Systems sicherstellen können. Empfehlenswert für die sichere und ordnungsgemäße Installation ist die Teilnahme an einer Schulung bei Solvis. Da wir an der laufenden Verbesserung unserer technischen Unterlagen interessiert sind, wären wir Ihnen für Rückmeldungen jeglicher Art dankbar. Für Rückfragen zur Planung steht dem Fachhandwerk oder dem Planer folgende Rufnummer zur Verfügung: Technischer Vertrieb: Tel.: Haben Sie als Kaufinteressent Fragen zu unseren Systemen, wenden Sie sich bitte an unsere Gebietsvertretung vor Ort oder an Ihren Installationsbetrieb. Copyright Alle Inhalte dieses Dokumentes sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtgesetzes ist ohne Zustimmung unzulässig und strafbar. Das gilt vor allem für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Medien. SOLVIS GmbH & Co KG, Braunschweig. Verwendung dieser Anleitung Diese Anleitung fasst die Montage der Systeme SolvisMax Wärmepumpe und SolvisMax Wärmepumpe Pur zusammen. Folgende Verweise zeigen abweichende oder spezielle Ausstattungsmerkmale oder Montageschritte an. SolvisMax Wärmepumpe Ergänzende Dokumentation Mitgelieferte Dokumentation, siehe Kap. Lieferumfang, S. 32. Auf folgende Unterlagen wird in dieser Anleitung zusätzlich verwiesen, die ggf. benötigt werden: Anschlusspläne und Anlagenschemata (L38) SolvisMax Wärmepumpe Pur Verwendete Symbole GEFAHR Unmittelbare Gefahr mit schweren gesundheitlichen Folgen bis hin zum Tod. WARNUNG Gefahr mit bis zu schweren gesundheitlichen Folgen. VORSICHT Gefahr durch mittlere oder leichte Verletzung möglich. ACHTUNG Gefahr der Beschädigung von Gerät oder Anlage. Nützliche Informationen, Hinweise und Arbeitserleichterungen zum Thema. Dokumentenwechsel mit Verweis auf ein weiteres Dokument. Energiespartipp mit Anregungen, die helfen sollen, Energie einzusparen. Das reduziert Kosten und hilft der Umwelt. 4 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

5 2 Das System SolvisMax 2 Das System SolvisMax 2.1 Alles in einem Gerät Das System SolvisMax mit Solarunterstützung ist ein optimiertes, zukunftsweisendes Anlagensystem mit Solarschichtspeicher, Trinkwassererwärmer und Wärmeerzeuger in einem Gerät (Kombispeicher). Damit werden verfügbare Energieressourcen, wie z. B. die Sonnenenergie, zur Energiegewinnung genutzt und zum selbstverständlichen Bestandteil der Heizungsanlage. Mit neuen Konzepten lässt sich die von der Sonne gelieferte Energie nicht nur für die Warmwasserbereitung, sondern auch zum Heizen nutzen Das SolvisMax Modulsystem Der SolvisMax ist keine Modellreihe, sondern ein nachrüstbares Modulsystem das den Vorteil bietet, nicht nur den Wärmeerzeuger frei bestimmen zu können, sondern auch jederzeit auf einen anderen Wärmeerzeuger umzusteigen. Folgende Wärmeerzeuger stehen zur freien Verfügung: Gas-Brennwert Öl-Brennwert Erdwärme (Wärmepumpe) Nah- / Fernwärme Der Wärmeerzeuger ist direkt im Speicher integriert und versorgt bei fehlender solarer Wärme die Heizung und Warmwasserbereitung mit der notwendigen Energie. Bei dem System SolvisMax sind alle Komponenten in einem Gerät miteinander verbunden. Weitere Wärmeerzeuger, wie z. B. Kaminofen mit Wassertasche, lassen sich problemlos integrieren. Durch die kompakte Bauweise verringert sich der Montageaufwand von herkömmlich ca. 34 auf etwa 10 herzustellende hydraulische Verbindungen. Nicht zuletzt ist der Platzbedarf gegenüber getrennten Geräten um ca. 50% geringer. 2.2 Einsatzbereich Abb. 1: System SolvisMax Wärmepumpe 1 Isolierung 2 Solar-Vorlauf 3 Solar-Rücklauf 4 Sole- Ein-/-Austritt 5 E-Heizstab 6 Kondensator und Enthitzer 7 Verdichter 8 Verdampfer 9 SolvisControl 10 Schichtenlader 11 Solarausdehnungsgefäß 12 Warmwasser-Station 13 Solar-Wärmeübertrager 14 Solarpumpe 15 Warmwasser 16 Kaltwasser 17 Heizungs-Vorlauf 18 Heizungs-Rücklauf 19 Befüll- u. Entleerrohr Die SolvisMax Wärmepumpe mit einer thermischen Heizleistung von 6 bzw. 7 kw ist vorzugsweise in Einfamilienhäusern mit Standard-Sanitärausstattung einsetzbar. Bei erhöhten Warmwasseranforderungen oder Heizbedarf wenden Sie sich bitte an den Technischen Vertrieb. Um einen hohen Anlagennutzungsgrad mit der SolvisMax Wärmepumpe zu erzielen, empfehlen wir den Einsatz einer Flächen- oder Niedertemperaturheizung mit einer max. Vorlauftemperatur von 45 C. SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 5

6 2 Das System SolvisMax 2.3 Das Prinzip des Solvis- Schichtenladers Der SolvisMax-Speicher basiert auf dem bewährten Konzept der selbstregelnden Beladung durch die patentierten Schichtenladern. Ein wesentliches Kennzeichen dieses Solarschicht- Speichers ist eine strenge Schichtung in drei Bereiche ohne Vermischungseffekt (Durch Fühler eingegrenzt): Warmwasserpuffer: Oberer Bereich (1) des Speichers (Bevorraten des heißen Wassers für die Trinkwassererwärmung). Heizungspuffer: Mittlerer Bereich (2) (witterungsgeführtes Beladen für die Versorgung des Heizkreises). Solarpuffer: Unterer Bereich (3) (Bevorraten eines Wasservolumens zur Erwärmung durch die Solaranlage) hier noch größtmögliche Temperaturen erreicht werden, die sich temperaturgeschichtet einlagern. Der Speicher vermischt sich durch die spezielle Konstruktion (Schichtenlader) nicht, sondern wird in der Ebene beladen, die die gleiche Temperatur wie der Ladestrom aufweist. Dies geschieht ohne komplizierte, störanfällige Technik nur aufgrund der Dichteunterschiede zwischen Ladestrom und Speicherwasser in den verschiedenen Höhen. Durch dieses Gesamtkonzept wird auch bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen die höchstmögliche Solarenergienutzung garantiert. 2.4 Die Heizkreisversorgung Witterungsgeführter Heizungspuffer Die Heizkreisversorgung erfolgt über eine oder mehrere Heizkreisstationen (in verschiedenen Ausführungen erhältlich) aus dem witterungsgeführt nachgeheizten Heizungspuffer-Bereich. Die bei den Systemen eingesetzte Hocheffizienzpumpe zeichnet sich durch eine besondere Energieersparnis aus. Der Rücklauf wird über einen separaten Schichtenlader temperaturorientiert in den Speicher zurückgeführt, so dass sich keine Vermischungsverluste einstellen Abb. 2: Das Prinzip des Solvis-Schichtenladers Matched-Flow Prinzip Die in den Solvis Hochleistungs-Kollektoren gewonnene Wärme wird durch den Schichtenlader ohne Verzögerung und ohne Vermischungsverluste in die Schicht gleicher Temperatur des Solarspeichers geführt. Die Vorteile des Low-Flow- und des High-Flow-Prinzips werden kombiniert, in dem die Durchflussmengen dem tatsächlichen Sonneneinfall entsprechend angepasst werden, so dass sich ein maximaler Ertrag ergibt. Bei wolkenlosem Himmel und somit voller Einstrahlung können höchste Beladetemperaturen für den Speicher erreicht werden. In diesem Fall erfolgt die Beladung ganz nach oben in die oberste Speicherschicht. Geht die Einstrahlung zurück, zum Beispiel aufgrund von Wolken, so können durch das Matched-Flow Prinzip auch Abb. 3: Solvis Schichtenlader im Heizungs-Rücklauf 1 Heizkreisstation 2 Heizkörper Wenn Heizkreise mit unterschiedlichen Temperaturniveaus (z. B. Radiator- und Fußbodenheizkreis) versorgt werden sollen, empfehlen wir die Kombination einer HKS-G und HKS-4W. Der Vorteil liegt darin, dass die HKS-4W den Rücklauf des Radiator-Heizkreises als Vorlauf verwendet. Dadurch werden die Rücklauftemperaturen deutlich verringert => Steigerung des Solarertrags. 6 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

7 2 Das System SolvisMax wasser ab und zwar gerade soviel, dass das Trinkwasser auf die gewünschte Zapftemperatur erwärmt wird. Das abgekühlte Heizungswasser wird unten in den Speicher zurückgeführt. Zur weiteren Energieeinsparung sollte die Warmwassersolltemperatur nicht wärmer als 48 C sein; je niedriger die Temperatur gewählt wird, desto mehr Energie wird eingespart. Solltemperaturen von 42 C (Baden und Duschen) oder 38 C (nur Duschen) reichen aus, wenn die Leitungen zudem gut isoliert sind. Dies ist möglich, weil durch das Frischwassersystem nur geringe Wassermengen (in Rohrleitungen und im Wärmeübertrager) vorgehalten werden müssen. Abb. 4: Radiatorheizkreis und Fußbodenheizkreis mit der HKS- 4W-7m und HKS-G-7m 1 Speicher 6 Heizkreisstation HKS-G 2 Heizkreisstation HKS-4W 4 Heizkreisverteilerbalken 2.5 Die Warmwasserversorgung Hygienisch einwandfreies Warmwasser Die Warmwasserbereitung erfolgt im Direktdurchlauf über einen Platten-Wärmeübertrager und ist daher prinzipbedingt hygienisch unbedenklich. Es werden keine großen erwärmten Trinkwassermengen vorgehalten, sondern immer nur soviel, wie gerade verbraucht wird. Das spart Energie und Ressourcen, denn es ist nicht nötig, aus hygienischen Gründen eine bis zur Zapfstelle durchgehende Temperatur von 60 C einzuhalten. Das heiße Heizungswasser wird aus dem oberen Speicherbereich (Warmwasserpuffer) entnommen. Im Platten-Wärmeübertrager gibt es die Wärme an das Trink- Abb. 5: Prinzip Platten-Wärmeübertrager SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 7

8 2 Das System SolvisMax 2.6 Systemvarianten Der SolvisMax wird aufgrund verschiedener Anforderungen in zwei Varianten ausgeliefert. Beide Systeme sind mit unseren patentierten Schichtenladern ausgestattet. Die beiden Varianten unterscheiden sich zum einen in der Ausstattung und zum anderen bei den Anschlüssen der Solarkomponenten. Die nachfolgende Übersicht verdeutlicht die Unterschiede beider Varianten. SolvisMax Wärmepumpe Dieses System kann schnell und einfach mit einer Solaranlage nachgerüstet werden, denn die Solarstation mit dem Solar-Wärmeübertrager ist bereits integriert. Es ist bestens für den Matched-Flow-Betrieb der Flachkollektoren SolvisFera Integral und SolvisCala Integral sowie den Vakuumröhrenkollektoren SolvisLuna geeignet. Für den Anschluss einer Solaranlage müssen, neben der eigentlichen Kollektoranlage auf dem Dach, lediglich die Schnellmontagerohre und die Ausdehnungsgefäße bestellt werden. Die maximal anschließbare Kollektorfläche von 14 m² reicht für den Warmwasserbedarf mit Heizungsunterstützung von Ein- oder Zweifamilienhäusern in den meisten Fällen aus. SolvisMax Wärmepumpe Pur Dieses System kann größere Energiemengen für Mehrfamilienhäuser oder auch für ein kleines Schwimmbad mit Warmwasser bereitstellen. Es ist bestens für den Matched-Flow-Betrieb der Flachkollektoren SolvisFera Standard und SolvisCala Standard geeignet. Für den Anschluss einer Solaranlage muss, neben der eigentlichen Kollektoranlage auf dem Dach, der Schnellmontagerohre und der Ausdehnungsgefäße, lediglich eine Solarwärmeübergabestation bestellt werden; der Schichtenlader ist bereits integriert. Als maximale Kollektorfläche wird bei diesem System 20 m² empfohlen. Größere Kollektorflächen sind jedoch im Einzelfall möglich Abb.6: Schematische Ansicht 1 Kollektor 2 Integrierte Solarstation 3 Heizkreisstation 4 Heizkörper 4 2 Abb.7: Schematische Ansicht 1 Kollektor 2 Solarwärme-Übergabestation 3 Heizkreisstation 4 Heizkörper 3 Einsatzbereich des Systems SolvisMax (Pur): Für Bauherren, die zunächst keine Solaranlage geplant haben, aber zu einem späteren Zeitpunkt eine Solaranlage nachrüsten wollen. Für Bauherren, die eine bereits vorhandene Solaranlage eines Fremdherstellers am SolvisMax anschließen wollen. Für Bauherren, die größere Aperturflächen bis 20 m² installieren wollen. 4 8 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

9 2 Das System SolvisMax 2.7 Solarspeicher im Vergleich Wie hervorragend das patentierte Schichtenladeprinzip von Solvis funktioniert, beweist ein Test, der vom Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) in Stuttgart durchgeführt wurde. Dabei wurde das Entladeverhalten des Solarschichtspeichers SolvisIntegral mit dem anderer Speichertypen verglichen. Die Güte eines Schichtenspeichers wird durch drei wesentliche Charakteristiken beschrieben: Entladung Schnelle Auskühlung des untersten Speicherbereichs (bewirkt gesteigerte Solarerträge). Beladung Schnelle Einlagerung des heißen Wassers auf der Ebene gleicher Temperatur, insbesondere der Nutztemperatur, lange Bevorratung (bewirkt reduzierte konventionelle Nachheizung). Betriebsverlauf Flexible, aber definierte Temperaturschichtung im mittleren Speicherbereich (bewirkt eine schnellere Reaktion auf dynamische Anforderungen). Die Diagramme zeigen den Verlauf der Warmwasseraustrittstemperatur und die Temperaturen im Speicher in vier verschiedenen Speicherhöhen von oben (100%) nach unten (0%). Vor dem Zapftest wurden alle Speicher vollständig auf 60 C aufgeheizt. Der Zapfvolumenstrom lag bei allen Speichern bei 10 l/min. Setzt man zur Beurteilung des Warmwasserkomforts eine Temperaturgrenze von mindestens 43 C am Warmwasserausgang an, lassen sich folgende Ergebnisse ableiten: Abb. 8: Solvis Abb. 9: Auriga A Der Vergleich der Kombispeicher beim Zapftest zeigt deutliche Unterschiede im Warmwasserkomfort und im Schichtungsverhalten. Der Kombispeicher SolvisIntegral mit dem außenliegenden Warmwasserbereiter mit Platten- Wärmeübertrager und drehzahlgeregelter Pumpe schneidet am besten ab. Die Schichtstabilität ist deutlich ausgeprägter und zeigt keine Vermischung beim Zapfen. Der kalte Rücklauf aus dem Platten-Wärmeübertrager wird ausschließlich in den unteren Speicherbereich geführt und kann dadurch mit hohem Wirkungsgrad von der Solaranlage erwärmt werden. Aus einem 750 l Speicher, der auf 60 C erwärmt war, konnten über 900 l Trinkwasser mit einer Temperatur von 43 C entnommen werden (vgl. Punkt (A) im oberen Bild). Abb. 10: Buderus Abb. 11: Consolar HV Heizungs-Vorlauf HR Heizungs-Rücklauf SV Solar-Vorlauf SR Solar-Rücklauf KV Kessel-Vorlauf KR Kessel-Rücklauf WW Warmwasser KW Kaltwasser SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 9

10 2 Das System SolvisMax 2.8 Die Systemregelung SolvisControl Allgemeines Der Systemregler SolvisControl wurde speziell für Solvis- Solaranlagen mit Heizungsunterstützung ausgelegt und stellt durch eine intelligente, witterungsgeführte Regelung der angeschlossenen Komponenten die höchste Energienutzung der Gesamtanlage sicher. Die Regelung sorgt dafür, den Speicher bedarfsgerecht zu be- bzw. entladen. Weiterhin wird der Wärmeerzeuger gesteuert, der Solarkreis geregelt, die Heizkreise geregelt und das Warmwasser im Direktdurchlauf auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Zusatzfunktionen für die Wärmepumpe Ansteuerung der Erdwärmequellenpumpe. Optimale Ansteuerungsmöglichkeit der Wärmepumpe durch eine Zeitprogrammierung unter Berücksichtigung von Sperr- und Niedrigtarifzeiten Regel- und Steuerungsfunktionen Mit der SolvisControl können insgesamt 23 Eingangssignale verarbeitet und bis zu 17 Ausgänge angesteuert werden. Folgende Regel- und Steuerungsfunktionen lassen sich in der Grundfunktion betreiben: Warmwasservorrang Wärmeanforderung an den Wärmeerzeuger zur Nachheizung des Warmwasserpufferbereichs. Sperren der angeschlossenen Heizkreise während des Nachheizens. Warmwasserzirkulation Ansteuerung der Zirkulationspumpe über Temperatur-, Zeit- und Impulssteuerung mit frei wählbaren Zeitfenstern. Warmwasserbereitung Hygienische WW-Bereitung im Direktdurchlauf mit drehzahlgeregelter WW-Pumpe für eine konstante WW- Temperatur beim Zapfen. Abb. 12: Systemregler SolvisControl Bedienung Die Bedienung der SolvisControl erfolgt direkt über ein berührungsempfindliches Display (Touchscreen) und über zwei Funktionstasten, mit dem Menüeinträge dialoggesteuert angewählt und Parameter verändert werden können. Speicherkarte Auf einer Speicherkarte (Micro-SD-Card), die von außen zugänglich ist, befinden sich die aktuelle Betriebssoftware, Sprachdateien verschiedener Landessprachen und die Firmware, die bei Bedarf leicht zu aktualisieren sind. Alle eingestellten Betriebsparameter der Anlage können auf der Speicherkarte gespeichert und bei Bedarf jederzeit wieder geladen werden. Systemanalyse Über eine gesonderte Funktion lassen sich die Anlagendaten über eine Messdatenerfassung (Datenlogging) auf der Speicherkarte im Minutenabstand abspeichern. Bei Bedarf sind diese Anlagendaten mittels einer speziellen Auswertungssoftware oder eines Tabellenkalkulationsprogrammes über einen langen Zeitraum analysierbar. Wärmemengenzähler Solarkreis Als weitere Besonderheit ist der Systemregler mit einem Wärmemengenzähler ausgestattet. Es muss lediglich ein Volumenstromgeber (als Zubehör erhältlich) im Solar- Rücklauf eingebaut und angeschlossen werden. Solarkreis Einbindung eines Kollektorfeldes mit drehzahlgeregelter Solarpumpe zur Steuerung des Durchflusses für optimalen Wärmeertrag. Fußbodentrocknung Bei einem Neubau oder einer Altbausanierung kann eine Fußbodentrocknung erforderlich sein. Speziell hierfür ist ein Aufheizprogramm im Systemregler SolvisControl hinterlegt und kann bei Bedarf aktiviert werden. Nachheizung Heizungspufferbereich Wärmeanforderung an den Wärmeerzeuger zur Nachheizung des Heizungspufferbereichs. Heizungsregelung Einbindung von maximal drei Heizkreisen möglich, davon können bis zu 2 gemischt sein, und zwar mit einer automatischen, witterungsgeführten Mischeransteuerung. E-Heizstab Der Speicher ist mit einem E-Heizstab ausgerüstet, der je nach Anforderung zur Wärmepumpe zugeschaltet werden kann. 10 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

11 2 Das System SolvisMax Erdwärmequelle Ansteuerung der Erdwärmequellenpumpe mit Vor- und Nachlaufzeiten. Sperrzeiterkennung Eine Sperrzeiterkennung ist bereits in der Steuerungselektronik der Wärmepumpe eingebaut. Diese erkennt automatisch, wenn eine Sperrzeit der EVU vorliegt. Hierfür ist keine zusätzliche Verdrahtung erforderlich. 2.9 Die Wärmepumpe Das Wärmepumpen-Aggregat Das Wärmepumpen-Aggregat ist zur Nachheizung in den Speicher integriert. Dadurch sind Verrohrungsaufwand, Platzbedarf und Wärmeverlust auf ein Minimum reduziert. Die Heizleistung des Aggregates beträgt 6 bzw. 7 kw. 1 Flexible Druckschläuche 2 Erdwärmequellen-Vorlauf 3 Kondensator und Enthitzer 4 Verdampfer 5 Anschlusskasten 6 Expansionsventil 7 Filtertrockner 8 Verdichter 9 E-Heizstab 10 Erdwärmequellen-Rücklauf E-Heizstab Sollte die Heizleistung der Wärmepumpe z. B. bei extremen Kälteeinbrüchen nicht ausreichen, sorgt ein integrierter E-Heizstab von 6 kw für die zusätzliche Heizenergie Abb. 14: 6 kw E-Heizstab zuschaltbar Abb. 13: Wärmepumpen-Aggregat SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 11

12 2 Das System SolvisMax Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe SolvisMax : Das Prinzip der Wärmepumpe 1 Verdichter 4 Solar-Speicher 7 Erdwärmequellenpumpe 2 Kältemittelleitung 5 Trockenfilter 8 Erdwärmequelle 3 Kondensator 6 Expansionsventil 9 Verdampfer und Wärmeübertrager Der Kältekreislauf der Wärmepumpe Der mit einem Elektromotor angetriebene Verdichter der Wärmepumpe komprimiert das dampfförmige Kältemittel. Dabei wird das Kältemittel überhitzt und strömt mit einer hohen Temperatur in den Kondensator. Im Kondensator (Rippenrohr-Wärmeübertrager) wird das erhitzte Gas durch das Heizungswasser gekühlt. Dabei wechselt es in den flüssigen Aggregatszustand (kondensiert) und gibt auf diese Weise die Kondensationswärme in den Heizungspufferbereich des Speichers ab. Vom Kondensatorausgang gelangt jetzt das flüssige Kältemittel durch einen Trockenfilter. Hier werden etwaige Schmutzpartikel oder Ablagerungen aus dem System abgeschieden. Am Expansionsventil (fungiert als Drosselung zwischen der Hoch- und Niederdruckseite des Systems) wird der Druck im Kältekreis entspannt. Das Ventil verfügt über einen externen Druckausgleichsanschluss sowie über einen Fühler, die nacheinander hinter dem Verdampferaustritt in der Reihenfolge Fühler und Druckaugleichsanschluss angebracht sind. Über den Fühler wird der Einlass der notwendigen Kältemittelmenge in den nächsten Wärmeübertrager (Verdampfer) gesteuert. Im Verdampfer wird das Kältemittel im Gegenstrom zum Wärmeträger aus der Erdwärmequelle geführt. Bei diesem Vorgang verdampft das Kältemittel unter niedrigem Druck. Die dafür erforderliche Wärme wird über die Erdwärmequellenpumpe aus dem Erdreich, über (die Erdwärmesonde, dem Erdreichkollektor oder dem Grundwasserbrunnen) zugeführt. Das Kältemittel verlässt den Verdampfer erneut im gasförmigen Zustand und strömt danach zwecks erneuter Verdichtung zur Saugseite des Verdichters. Der Kältemittelkreislauf beginnt erneut. Zum Schutz der Wärmepumpe (Kältekreis) ist das System auf der Hoch- und Niederdruckseite mit Druckwächtern ausgerüstet. Beim Auftreten unzulässiger Systemdrücke bewirken diese ein Abschalten der Wärmepumpe. Optional kann mit dem Soleanhebungsset, das Solekreislauf und Solarkreislauf koppelt, solare Überschusswärme genutzt werden, um die Effizienz der Wärmepumpe zu erhöhen. Die Überschusswärme fällt nicht nur an, wenn im Sommer der Speicher voll ist, sondern auch in der Übergangszeit, wenn der Wärmeertrag zu gering ist, um in den Speicher eingeschichtet werden zu können. Weitere Informationen zu der solaren Soleanhebung, siehe Kap. Solare Soleanhebung, S SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

13 2 Das System SolvisMax 2.10 Festbrennstoffkessel Bei beiden Systemvarianten besteht die Möglichkeit, einen Festbrennstoffkessel als weitere Energiequelle zu installieren, der das Heizungssystem zusätzlich versorgen kann. Der Festbrennstoffkessel könnte z. B. ein Holzkessel oder ein Kamin mit Wassertasche sein. Je nach Umfang der Ausstattung ergeben sich verschiedene Anschlussmöglichkeiten, die in den nachfolgend gezeigten Beispielen erläutert werden. Weitere Informationen zum Anschluss erhalten Sie über den Technischen Vertrieb von Solvis. SolvisMax Wärmepumpe Betrieb von Solarkollektoren mit einseitiger Ausrichtung (z. B. Südseite) und Festbrennstoffkessel Zur Messung der Temperaturdifferenz wird ein zusätzlicher Temperaturfühler vom Festbrennstoffkessel an die SolvisControl angeschlossen. Die Ansteuerung der Kesselladepumpe erfolgt ebenfalls durch die SolvisControl Abb. 17: SolvisMax Wärmepumpe Pur 1 Wärmepumpenaggregat 2 Speicher 3 Warmwasserbereitung 4 Heizung 5 Festbrennstoffkessel 6 Erdwärmequelle 7 Solarkollektor 8 SolvisControl 9 Externer Temperatur-Differenzregler 10 Solarwärme-Übergabestation Abb. 16: SolvisMax Wärmepumpe Betrieb von Solarkollektoren mit zweiseitiger Ausrichtung (z. B. Ost-West-Dach) und Festbrennstoffkessel Die Ansteuerung der Kesselladepumpe erfolgt über einen externen Temperatur-Differenzregler, wie z. B. Solvis DeltaControl (bitte extra bestellen). SolvisMax Wärmepumpe Pur Betrieb von Solarkollektoren mit Solarwärme- Übergabestation und Festbrennstoffkessel Die Regelung kann nicht mit der SolvisControl erfolgen. Die Ansteuerung der Ladepumpe muss über einen externen Temperatur-Differenzregler wie z. B. Solvis DeltaControl erfolgen. SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 13

14 2 Das System SolvisMax 2.11 Vorteile der SolvisMax Wärmepumpe Geringer Platzbedarf durch kompakte Bauweise und optimale Integrierung aller Komponenten im Kombispeicher. Vereinfachte Montage durch geringe Anzahl hydraulischer Anschlüsse. Modularer Aufbau des Systems ermöglicht eine schrittweise Erweiterung der Gesamtanlage für jeden Bedarf. Patentierter Schichtenlader zur optimalen Nutzung der Temperaturschichtung im Speicher. Hygienische Warmwasserversorgung durch Einsatz eines Platten-Wärmeübertragers. Matched-Flow-Solartechnik Vorteile aus Low-Flow- und High-Flow-Prinzip kombinieren: Sonnenenergie ganzjährig bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung maximal nutzen. Höchste Energienutzung durch intelligente, witterungsgeführte Systemregelung aller Komponenten der Gesamtanlage. Förderungsmöglichkeit bei Nutzung regenerativer Energie. Die Energieeinsparverordnung (EnEV) kann im Verbund mit moderner Heizungstechnik optimal erfüllt werden. Weitere Energieeinsparungen durch Einsatz von energiesparenden Hocheffizienzpumpen in den Heizkreis- (HKS-B, HKS-G, HKS-4W und HKS-FB) und Solarstationen (SÜS-S). Zuverlässig durch langlebigen und wartungsarmen Betrieb. Festbrennstoffkessel, Kaminofen mit Wassertasche oder andere Wärmeerzeuger können leicht hydraulisch eingebunden werden. Wechseln der Energieträgers aufgrund des SolvisMax Modulsystems mit anderem Wärmeerzeuger jederzeit möglich. Alles aus einer Hand, somit optimal abgestimmte Komponenten in der Gesamtanlage, die eine größtmögliche Effizienz sicher stellen. Solarenergie und Erdwärme gemeinsam zur Energiegewinnung nutzen. Erd- bzw. Umweltwärme ganzjährig kostenlos nutzen und effektiv für die Heizungsanlage einsetzen. Ein regenerativer Deckungsanteil von bis zu 80% ist dadurch möglich. Umweltentlastung durch emissionsfreie Energienutzung Vor-Ort und CO2- Reduzierung durch regenerative Energienutzung. Hohe Jahresarbeitszahlen führen zur Reduzierung der Heizkosten gegenüber einer herkömmlichen Öl- oder Gasheizung von bis zu 50%. Betriebskostensenkung durch optimale Ausnutzung von Niedrigtarifzeiten unter Einbeziehung der Sperrzeiten. Geringe Schallemission der Wärmepumpe durch Einsatz einer effektiven Schalldämmung. Keine Abgasanlage wie Schornstein, etc. erforderlich. Keine Schornsteinfegergebühren Kein Bevorratungsraum für Brennstoffe wie bei Öl- oder Pelletanlagen notwendig. 14 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

15 3 Anlagenplanung 3 Anlagenplanung 3.1 Aufstellbedingungen Folgende Bedingungen einhalten Bei der Aufstellung der Anlage sind einige Bedingungen zu beachten, die Einfluss auf den ordnungsgemäßen Betrieb haben können: Bei Lagerung (trocken), Transport und Montage der Komponenten beachten, dass der Speicher nicht durch äußere Einwirkungen verkratzt, verspannt oder verformt wird, da sonst ein sicherer und langlebiger Betrieb des Speichers nicht mehr gewährleistet werden kann. Der Fußboden des Aufstellortes sollte eben sein. Die mitgelieferten Bodenausgleichsplatten zum Ausrichten des Speichers benutzen. Gegen eine Verschlammung des Speichers sind die Hinweise siehe Kap. Anforderungen an das Heizwasser im Speicher, S. 17 zu beachten. Aufstellung und Betrieb der Anlage darf nur innerhalb eines Gebäudes in einem frostsicheren Raum erfolgen. Die Anlage darf nicht in Feuchträumen, wie Küchen, Bädern und Waschräumen, aufgestellt werden. Bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 60% muss die Isolierung der Anbindungsleitungen zur Erdwärmequelle verstärkt werden, um Kondensatbildung auf der Isolierung zu verhindern. ACHTUNG Gefahr durch hohes Anlagengewicht Beschädigung von Anlage und Gebäude möglich. Sicherstellen, dass der Fußboden ausreichend tragfähig ist, um das Gewicht der Anlage, insbesondere des gefüllten Speichers, aufzunehmen. ACHTUNG Beschädigung durch falschen Transport vermeiden Lagerung und Transport des Verdichters muss stets waagerecht erfolgen. Besonders der Verdichter darf beim Transport keinen Schaden nehmen wie z. B. durch Sturz oder Schlag. Maßnahmen zur Körperschallreduzierung Die Bodenausgleichsplatten und die Bodendämmplatten unter alle Speicherfüße legen (auch bei ebenen Flächen). Bei schwimmend verlegtem Estrich: diesen um den Aufstellort des SolvisMax herum aussparen (nur im Neubau möglich). Einen Sockel mit trennender Fuge zum Estrich gießen. Mindeststärke: 15 cm. Dieser muss fest mit dem Fundament verbunden sein um den SolvisMax sicher aufnehmen zu können. Nicht neben oder unter Schlaf- und Ruheräumen aufstellen. Möglichst an einer Außenwand platzieren. Verteilerbalken für den zweiten Heizkreis Der Anschluss eines zweiten Heizkreises kann sinnvollerweise über einen Verteilerbalken erfolgen, der zusammen mit den Heizkreisstationen an die Wand montiert wird, siehe Kap. Heizkreis, S. 42. Hierfür ist entsprechend Platz vorzusehen. Solestation Genügend Platz zur Befestigung der Solestation an der Wand vorsehen. Abstände zur einfachen Montage Zur einfacheren Montage der Isolierung und für die Durchführung von Wartungsarbeiten sollten folgende Abstände nicht unterschritten werden: nach vorn mind. 1,20 m (Einbau des Wärmeübertragers). seitlich und nach hinten möglichst 0,3 m (für die Montage der Isolierung, Mantelstärke 120 mm). Zur weiteren Energieeinsparung das Gerät möglichst nah an den Trinkwasserzapfstellen aufstellen. Kurze Warmwasserwege machen eventuell Zirkulationsleitungen überflüssig. 3.2 Auswahl des geeigneten Heizungssystems In Verbindung mit einer Wärmepumpe ist die Auswahl des Heizungssystems von sehr großer Bedeutung, um eine möglichst effiziente Betriebsweise, sowie einen sehr hohen Anlagennutzungsgrad mit der Wärmepumpe zu erreichen. Um die Gebäude-Heizlast und die Dimensionierung der abgegebenen Heizleistung der Wärmepumpe zu ermitteln, muss eine Berechnung nach DIN EN erfolgen. Bei der Auslegung des Heizungssystems sollten bevorzugt Niedertemperaturheizungssysteme eingesetzt werden wie z. B. Fußbodenheizungen und Wandheizungen. Die Vorlauftemperaturen des gewählten Heizungssystems sollten maximal auf 45 C ausgelegt werden. Die abgegebene thermische Heizleistung der Wärmepumpe ist umso größer, je niedriger die gewählte Heizwasser-Vorlauftemperatur ist. Wir empfehlen eine Auslegungstemperatur für den effektiven Einsatz der Wärmepumpe von 35 C im Heizungsvorlauf und 28 C im Heizungsrücklauf. SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 15

16 3 Anlagenplanung Kunststoffrohre im Heizkreis Insbesondere ältere Fußbodenheizungsrohre aus Kunststoff sind nicht gegen Sauerstoffeintritt ausgerüstet. Daher ist bei Verwendung von Kunststoffrohren im Heizkreis grundsätzlich eine Systemtrennung vorgeschrieben. Ausnahmen geben wir auf Anfrage frei. Weitere Informationen zu diesem Thema erhalten Sie über den Technischen Vertrieb. 3.3 Auslegung der Solaranlage Der Solarertrag ist abhängig von der Aperturfläche der Kollektoren. Die Aperturfläche ist die Fläche eines Solarkollektors, durch die die Solarstrahlung eintreten kann (Glasfläche). Aperturflächen (*) in m² SolvisCala SolvisLuna SolvisFera C-253 LU-232 F-552 F-652 F-802 2,40 1,93 5,16 6,45 7,74 (*) Wirksame Fläche nach EN Welche Aperturfläche für die geplante Anlage erforderlich ist, hängt im Wesentlichen von der Anzahl der im Haushalt lebenden Personen ab. Vielfach wird bei heizungsunterstützenden Solaranlagen die beheizte Wohnfläche als wesentliches Kriterium herangezogen, doch unsere Erfahrung hat gezeigt, dass diese Auslegung meist zu sehr großen Kollektorflächen führt. Diese Solaranlagen sind dann im Sommer bei nur wenig Wärmeabnahme überdimensioniert. Auslegungsempfehlung Die folgenden Richtwerte für die individuelle Auslegung gelten für unsere Flachkollektoren. Bei unseren Vakuumröhrenkollektoren verringert sich die Fläche aufgrund des Mehrertrages um ca. 20 %. Kleinere Anlagengröße mit Schwerpunkt auf solarer Warmwasserbereitung und Verwendung der solaren Überschusswärme in der Raumheizung: 2,0 bis 3,0 m² pro Person Größere Anlage mit nahezu ganzjähriger solarer Trinkwassererwärmung und sehr guter Heizungsunterstützung: 3,0 bis 4,0 m² pro Person. SolvisMax Wärmepumpe ACHTUNG Bei Speicher mit integriertem Solar- Wärmeübertrager Nur mit Flachkollektoren SolvisFera Integral, SolvisCala Integral oder Vakuumröhrenkollektor SolvisLuna betreiben. Die Vakuumröhrenkollektoren SolvisLuna, die Flachkollektoren SolvisFera Integral und SolvisCala Integral verfügen über eine spezielle, mäanderförmige Absorberhydraulik. Durch das abgestimmte Zusammenspiel der geregelten Solvis-Matched-Flow-Pumpe und des Solar- Wärmeübertragers ist ein sicherer und effektiver Betrieb der Anlage gewährleistet. Die Mäanderverrohrung im Kollektor sorgt neben einem sehr guten Wärmeübergang bei kleinen Durchflüssen, wie auch im Anlagenstillstand für eine maximale Betriebssicherheit. Maximale Anzahl der Kollektoren bei Speichern mit integriertem Solar-Wärmeübertrager: Aufgrund der Pumpenleistung und der Größe des integrierten Solar-Wärmeübertragers im SolvisMax ist die Aperturfläche auf ein gewisses Maß begrenzt. Die maximale Aperturfläche beträgt in etwa 14 m²:- z. B. SolvisFera F-652-I --> 2 Stück- z. B. SolvisCala C-253-I --> 5 Stück. Da maximal 5 Vakuumröhrenkollektoren in Reihe geschaltet werden können, ergeben sich für den Solvis- Luna LU-232 -> 6 Stück (2 x 3 in Reihe). SolvisMax Wärmepumpe Pur ACHTUNG Bei Speicher ohne integrierten Solar- Wärmeübertrager Dieser Speicher wird mit Flachkollektoren SolvisCala-Standard oder SolvisFera-Standard und Diagonal über eine Solarwärme- Übergabestation betrieben Aperturfläche bei Speichern ohne integrierten Solar- Wärmeübertrager: Der Speicher ist für eine Nachrüstung einer LowFlow- Solaranlage vorbereitet und enthält bereits unseren patentierten Schichtenlader. Einsatzbereich des Systems SolvisMax (Pur): Für Bauherren, die zunächst keine Solaranlage geplant haben, aber zu einem späteren Zeitpunkt eine Solaranlage nachrüsten wollen. Für Bauherren, die eine bereits vorhandene Solaranlage eines Fremdherstellers am SolvisMax anschließen wollen. Für Bauherren, die größere Aperturflächen bis 20 m² installieren wollen. Anschluss der Solaranlage an das System SolvisMax Pur Im Gegensatz zum Speicher mit integriertem Wärmeübertrager werden die Kollektoren beim System SolvisMax Pur über die Solarwärme-Übergabestation SÜS-S angeschlossen (optional im Zubehör erhältlich). Als Komplettstationen dienen sie zur Übergabe der Solarwärme an das System SolvisMax Pur mittels eines Platten- Wärmeübertragers. Durch die Solarwärme-Übergabestationen ist es auch möglich, bereits bestehende Solarkollektoren anderer Hersteller problemlos in das Gesamtsystem einzubinden. 16 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

17 3 Anlagenplanung Sie dienen dann zur völligen Systemtrennung des bauseitigen Solarkreises vom SolvisMax-Speicherkreislauf. Der integrierte Systemregler SolvisControl ist für die Nachrüstung einer Solaranlage bereits komplett vorbereitet und kann die Regelung der Solarpumpen sofort übernehmen. Er muss nach der Installation des Solarkreislaufes lediglich neu Initialisiert werden. Maximale Anzahl der Kollektoren bei Speichern ohne integrierten Solar-Wärmeübertrager: Aufgrund der Pumpenleistung und der Größe des Platten-Wärmeübertragers in der Solarwärme- Übergabestation, ist die Aperturfläche auf ein gewisses Maß begrenzt. Die maximale Aperturfläche beträgt etwa 20 m²: z. B. SolvisFera F-652-S --> 3 Stück (in Reihe) oder SolvisCala C-253-S --> 8 Stück (2 x 4 in Reihe). 3.4 Anforderungen an das Heizwasser im Speicher ACHTUNG Maßnahmen vor Speicher-Befüllung Zur Vermeidung von Schäden durch Steinbildung und Korrosion an der Heizungsanlage ist die Beschaffenheit des Füll- und Ergänzungswassers von entscheidender Bedeutung. Vor Befüllen der Anlage muss eine Wasseranalyse (nach DIN ) des Füllwassers vorliegen. Diese kann z. B. beim zuständigen Wasserversorgungsunternehmen erfragt werden. Überschreitet das Wasser die Richtwerte der VDI (s. u.), ist das Wasser zu behandeln Vermeidung von Schäden durch Steinbildung Ursachen der Steinbildung Kalk (CaCO3) ist im Wasser in Form von Calcium- Hydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) enthalten und wird bei Umgebungstemperatur durch die im Wasser gelöste freie Kohlensäure in Lösung gehalten (Kalk- Kohlensäure-Gleichgewicht). Die Löslichkeit dieser Kohlensäure im Wasser ist temperaturabhängig und sinkt mit steigender Temperatur. Dann entweicht die freie Kohlensäure und Kalk fällt aus. Der Kalk bildet dann feste Abscheidungen den so genannten Kesselstein. Wichtig für das Ausmaß der Steinbildung sind vor allem die Wasserbeschaffenheit und die Füll- / Ergänzungswassermenge. Steinbildung in Warmwasserheizungsanlagen erfolgt hauptsächlich auf den Wärmeübertragungsflächen. Schäden durch Steinbildung Kesselstein (Kalkablagerung) lagert sich vor allem an den heißen Wärmeübertragungsflächen der Wärmeerzeuger (Kessel, Solar-Wärmeübertrager) ab und vermindert dadurch den Wärmeübergang und damit die Wärmeleistung. Für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage sollte daher die Ausbildung dieser Schichten so gering wie möglich gehalten werden. Erforderliche Wasserqualität Zur Vermeidung von Schäden gilt grundsätzlich die VDI Blatt 1. Diese gibt, z. B. für Anlagen mit einer Gesamtheizleistung 50 kw, folgende Richtwerte für das Füll- und Ergänzungswasser an: Spezifisches Anlagenvolumen zwischen 20 bis 50 l/kw für die meisten SOLVIS-Anlagen > 50 l/kw für SOLVIS-Anlagen mit großem Speicher Summe Erdalkalien [mol/m³] Gesamthärte [ dh] 2 11,2 0,02 0,11 Angaben in der veralteten Einheit Grad deutscher Härte ( dh) können näherungsweise durch Multiplikation mit dem Faktor 0,179 auf die Einheit mol/m³ umgerechnet werden Vermeidung von Schäden durch Korrosion Ursachen wasserseitiger Korrosion Chemisch ist Korrosion eine Reaktion bestehend aus einer anodischen Reaktion der Metallauflösung und einer (davon räumlich getrennten) kathodischen Reduktion des Sauerstoffes. Dazwischen fließt ein Strom von Ionen durch das Wasser. Folgende Eigenschaften begünstigen diesen Korrosionsprozess: Anwesenheit von Sauerstoff Elektrisch leitende Deckschicht (blankes Metall, keine Kalk-Rost-Schutzschicht, vor allem bei enthärtetem / entsalztem Wasser) Genügend Ionen für hinreichende elektrische Leitfähigkeit Genügend Anionen (Chlorid-, Sulfat,- und Nitrat-Ionen) Wenig puffernde Hydrogencarbonat-Ionen (nur bei weichem oder enthärtetem Wasser). Schäden durch wasserseitige Korrosion (Durchrostungen) entstehen bei Sauerstoffzufuhr als Folge von Flächen-, Mulden-, Loch- oder Schweißnahtkorrosion. Eisencarbonat-Beläge auf Wärmeübertragerflächen mindern den Wärmeübergang und können Rissbildungen und thermische Überlastung zur Folge haben entstehen in ähnlicher Weise wie Kesselstein (s. o.); Stahl bzw. Eisen reagiert hier mit Kohlensäure. SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 17

18 3 Anlagenplanung Wasserbehandlung ACHTUNG Bei der Wasserbehandlung beachten Generell ist der ph-wert des Wassers des SolvisMax auf 8,2 bis 8,5 einzustellen (z. B. mit Natronlauge zum Anheben des ph-wertes). Andere chemische Zusätze dürfen in unseren Speichern aufgrund der Verschlammungsgefahr nicht verwendet werden. Empfohlene Wasserbehandlung Wir empfehlen das System Permasoft-ALU der permatrade Wassertechnik GmbH. Es handelt sich dabei um Entmineralisierungs-Patronen, über die die Anlagenbefüllung erfolgt. Funktionsweise: Durch die Kombination eines speziell abgestimmten Ionenaustauscherharzes mit zusätzlichem ph- Stabilisator wird das Wasser entmineralisiert und parallel auf einen ph-wert zwischen 8,2 und 8,5 gebracht. Damit besteht ein guter, dauerhafter Schutz vor Steinbildung und Korrosion. Weitere Zusätze zum Heizungswasser sind nicht erforderlich. Folgende Patronentypen sind geeignet: permasoft 5000 ALU, Typ PT-PS 5000 ALU permasoft ALU, Typ PT-PS ALU. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an unseren Technischen Vertrieb. 3.5 Auslegung der Speichergröße Ein Kriterium für die erforderliche Speichergröße ist die Kollektorfläche, wobei Flachkollektoren mit einem Faktor von 60 l/m² und Vakuumröhrenkollektoren mit einem Faktor von 70 l/m² zur Berechnung angesetzt werden. Ein weiteres Kriterium für die richtige Auslegung des Speichers ist der Warmwasserpuffer. Hierzu ist eine Trinkwasserbedarfsberechnung erforderlich, die nach DIN durchzuführen ist. WW-Schüttmengen und NL-Zahlen siehe Warmwasser-Schüttvolumen, S. 33 Tab Besonderheiten der Warmwasser- Bereitung bei fehlender Solar- Unterstützung WW-Nachheizung Da die Wärmepumpe eine begrenzte Heizleistung aufweist, benötigt sie eine geraume Zeit, um den WW-Puffer bei Bedarf nachzuheizen. Je nach Speichergröße und Speichertemperatur kann die Aufheizzeit im ungünstigsten Fall 3 Stunden dauern (956 l Speicher nach Auskühlung). Im Normalbetrieb beträgt die Nachheizzeit je nach Speichergröße und Heizungspuffertemperatur ca. 0,5-1 Stunde. Alternierender Betrieb Wird ein alternierender Betrieb eingestellt (wie z. B. bei Verwendung von Radiatoren), verlängert sich die Aufheizung des WW-Puffers noch weiter, da zwischenzeitlich immer wieder die Heizkreise versorgt werden. WW-Schüttmenge Die maximal mögliche Schüttmenge bei 45 C Warmwassersolltemperatur und einem Zapfvolumenstrom von 16,5 l/min liegt in einem Bereich von derzeit l je nach Speichertemperatur und Größe. Zur Ermittlung der Einmalschüttmenge bei unterschiedlichen Speichertemperaturen und verschiedenen Speichergrößen, siehe Tab. Warmwasser- Schüttvolumen, S Warmwasserkomfort erhöhen Wenn ein erhöhter Warmwasserbedarf gefordert ist (z. B. Duschen von mehreren Personen gleichzeitig oder Füllen eines Wirlpools), wird eine nachgeschaltete Warmwasser-Temperaturerhöhung mit einem elektrischen Durchlauferhitzer empfohlen, der sich jedoch negativ auf die Jahresarbeitszahl auswirkt. Nur wenn die Wärmepumpe den im Moment geforderten Warmwasserbedarf nicht decken kann, sorgt der nachgeschaltete Durchlauferhitzer temporär dafür, das bereits vorgewärmte Warmwasser auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Die erforderliche Leistung des Durchlauferhitzers ist vom erhöhten Warmwasserbedarf abhängig zu berechnen. 3.6 Dimensionierung der Wärmepumpe Ziel ist es, die Wärmepumpe möglichst genau auf die auf die berechnete Netto-Gebäudeheizlast nach DIN EN auszuwählen. Die Ergebnisse aus der Berechnung nach EnEV zeigen, wie ein Gebäude primärenergetisch aufgestellt ist. Die Daten aus der EnEV dürfen nicht für die Auslegung des Wärmeerzeugers herangezogen werden. Hierzu ist die DIN EN zu benutzen. Die abgegebene Heizleistung der Wärmepumpe hängt im Wesentlichen von der Erdwärmequellentemperatur (Soletemperatur) und der Vorlauftemperatur des Heizungspuffers ab (siehe Leistungsdiagramm unten). Bei einer ausreichend dimensionierten Erdwärmequelle (Erdreichkollektoren, Erdwärmesonden ohne Beeinflussung geothermischer Besonderheiten), beträgt die Jahresmitteltemperatur der Wärmequelle ca. 0 C. Bei der Ermittlung der Heizleistung der Wärmepumpe wird somit die Wärmequellentemperatur von 0 C zu Grunde gelegt. 18 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS

19 3 Anlagenplanung Es werden mehrere Betriebsweisen der Wärmepumpe unterschieden, die nachfolgend erläutert sind Betriebsweise monovalent Bei der monovalenten Betriebsweise ist die Wärmepumpe der alleinige Wärmeerzeuger im Gebäude und deckt den anfallenden Wärmebedarf und die Warmwasserbereitung nahezu 100% ab Betriebsweise monoenergetisch Bei der monoenergetischen Betriebsweise wird die Wärmepumpe bei nicht ausreichender Leistung mit Zusatzwärme der gleichen Energieform (hier elektrisch) unterstützt. Die Wärmepumpe benötigt zur Deckung des Wärmebedarfes z. B. bei extremen Witterungsbedingungen einen zusätzlichen Wärmeerzeuger z. B. einen Heizstab. Im Bild unten ist zu erkennen, dass sich die Gebäudekennlinie mit der Heizkurve der Wärmepumpe ab einer Außentemperatur von -6 C schneidet. Dieser Schnittpunkt wird Bivalenzpunkt genannt. Diese Betriebsweise kommt in der Praxis sehr häufig vor, wenn z. B. die Wärmepumpe von der berechneten Heizlast unterdimensioniert ist. Der Heizstab wird nur dann zugeschaltet, wenn die Wärmepumpe den geforderten Wärmebedarf des Gebäudes nicht mehr über die thermische Heizleistung abdecken kann. Die SolvisControl schaltet den Heizstab erst dann ein, wenn die Solltemperatur von der Wärmepumpe nach 3 Stunden nicht erreicht wird. Hiermit wird erreicht, dass der Heizstab auch nur bei wirklichem Bedarf zugeschaltet wird. 12 C Außentemperatur soll 35 C betragen. Als Wärmequelle dient eine Erdwärmesonde. Ergebnis: Gewählt wird die Vorlauftemperaturlinie mit 35 C bei einer Soletemperatur von 0 C. Somit ergibt sich eine thermisch abgegebene Heizleistung der Wärmepumpe von 5,95 kw. Eine monovalente Betriebsweise ist somit möglich. Q WP [kw] 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 Vorlauf 35 C Vorlauf 55 C Vorlauf 45 C 4,0 5,0 2,5 0 2,5 5,0 7,5 10 T [ C] Abb. 19: Leistungsdiagramm nach DIN EN QWP T Heizleistung Wärmepumpe Soletemperatur Auslegungsbeispiel monoenergetisch mit folgenden Bedingungen: Neubau mit einer Gebäudeheizlast (DIN EN 12831) von 6,50 kw mit einer Außentemperatur von -12 C. Wohnfläche 130 m². Heizsystem: Heizkörper mit 45 C Vorlauftemperatur und 35 C Rücklauftemperatur (Spreizung von 10 Kelvin). Die abgegebene Heizleistung QWP der Wärmepumpe beträgt 5,45 kw bei (B0/W45) siehe Tab. Leistungsdaten nach DIN EN 14511, S. 37. Die Wärmepumpe soll für dieses Bauvorhaben nach Absprache mit dem Bauherrn monoenergetisch betrieben werden. Frage 1: Welche Unterdeckung ergibt sich mit der abgegebenen Heizleistung der Wärmepumpe? Hierzu ist zunächst der Belastungsfaktor zu ermitteln. Mit dem Belastungsfaktor (φ) wird die Unterdeckung zum berechneten Wärmebedarf ermittelt. Das Verhältnis zwischen der abgegebenen Heizleistung der Wärmepumpe und der berechneten Gebäudeheizlast ergibt den Belastungsfaktor. Abb. 18: Auslegung der Wärmepumpe monoenergetisch QWP Heizleistung Wärmepumpe T Außentemperatur Berechnung Auslegungsbeispiel monovalent: Einfamilienhaus mit einer Heizlast von 6 kw. Das Wärmeverteilungssystem besteht aus einer Fußbodenheizung. Auslegung 35/25 C. Die Vorlauftemperatur bei φ = Q WP Q Geb. Heizlast φ = 5,45 kw / 6,50 kw = 0,836 = 83,6% Die Wärmepumpe ist zu 83,6% des berechneten Wärmebedarfs ausgelegt! Aus dem Belastungsfaktor lässt sich nun die Unterdeckung ermitteln: Unterdeckung = 100 % 83,6% = 16,4% SOLVIS SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 19

20 3 Anlagenplanung Frage 2: Bis zu welcher Außentemperatur kann das Gebäude allein mit der Wärmepumpe beheizt werden, bevor der Heizstab zuschaltet? (Bivalenzpunkt) COP = Q WP / P el φ = (20 C T B ) (20 C ( T außen )) umstellen der Formel nach TB TB = 20 C (φ x 20 C ( T außen ))) TB = 20 C (0,836 * (20 C + 12 C)) = 6,8 C Bei diesem Auslegungsbeispiel liegt der Bivalenzpunkt der Sole-Wasser Wärmepumpe bei ca. 6,8 C. Die Wärmepumpe kann bis zu einer Außentemperatur von 6,8 C den Wärmebedarf für das Haus decken. Wenn die Außentemperatur weiter absinken sollte, wird durch Zuschalten des Heizstabes die fehlende Wärmeenergie gedeckt. Die Wärmequelle ist nach dem berechneten Norm- Gebäudewärmebedarf von 6,5 kw Entzugsleistung auszulegen. Auf keinen Fall darf die Wärmequelle nach der angegebenen Kälteleistung der Wärmepumpe bei (B0/W35) ausgelegt sein, da die Wärmepumpe aufgrund der Unterdimensionierung (im Beispiel von 16,4%) eine längere Betriebslaufzeit erreicht und die Entzugsleistung aus dem Erdreich dadurch erheblich höher ist. Vorteile: Im Teillastverhalten kommt die Wärmepumpe nicht ins takten. Eine längere Betriebslaufzeit der Wärmepumpe und somit eine gleitende Betriebsweise wird erreicht. Nachteil: Wärmequelle muss größer ausgelegt werden! Leistungszahl, Jahresarbeitszahl und System-Jahresarbeitszahl Für herkömmliche Wärmeerzeuger, die Brennstoffe wie Öl, Gas, oder Holz verbrennen, sind Feuerungswirkungsgrad, Normnutzungsgrad und Jahresnutzungsgrad wichtige Parameter, um die Effizienz der einzelnen Wärmeerzeuger vergleichen zu können. Bei der Wärmepumpe drückt man die Effizienz (Wirkungsgrad) mit der so genannten Arbeitszahl aus. Hierbei unterscheidet man zwischen der Leistungszahl und der Jahresarbeitszahl. Leistungszahl: Die Leistungszahl COP (Coefficient of Performance) gibt das Verhältnis von abgegebener Heizleistung (QWP) und zugeführter Antriebsleistung (Pel) einer Wärmepumpe an. Sie ist ein wichtiger Qualitätsparameter, um eine Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Wärmepumpen-Herstellern aufzeigen zu können. Die Leistungszahl ist eine Momentaufnahme und betrachtet die Effizienz der Wärmepumpe nur bei einem bestimmten Betriebspunkt (z. B. B0/W35). Sie gibt aber keine Auskunft darüber, wie sich die Verbrauchkosten der Wärmepumpe über einen längeren Zeitraum gestalten werden. Die Leistungsdaten der SolvisMax Wärmepumpe siehe Tab. Leistungsdaten nach DIN EN 14511, S. 37. Die Leistungszahl der Wärmepumpe wird größer, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle (Erdreich) und dem Heizungs- Vorlauf ist. Jahresarbeitszahl: Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis von abgegebener Heizleistung und zugeführter Antriebsleistung einer Wärmepumpe über einen Zeitraum von 1 Jahr an. JAZ = Q WW + Q Hz W el (Wp) + W el (Pumpe) Die VDI 4650 Kurzberechnungsverfahren dient zur einfachen Berechnung der Jahresarbeitszahl für Wärmepumpen. Ein Arbeitsblatt zur überschlägigen Bestimmung der Jahresarbeitszahl steht bei Solvis zur Verfügung und kann bei Bedarf angefordert werden. System-Jahresarbeitszahl: Hierbei werden alle Hilfsenergieen der Wärmepumpe, wie z. B. Solepumpe, Heizungspumpe oder auch die Betriebsbereitschaftsverluste oder Stillstandsverluste der Heizungsanlage mit berücksichtigt. Die System-Jahresarbeitszahl kann somit auch als Anlagennutzungsgrad verstanden werden. Sie eignet sich damit gut zur energetischen Bewertung der Wärmepumpenanlage (Gesamtanlage). JAZ System = Q WW + Q Hz W el (Wp) + W el (Hilfsenergie) Einflussgrößen auf die System-Jahresarbeitszahl Nur wenn von der Planung bis zum Betrieb durch den Anlagenbetreiber alle Einflussgrößen optimal genutzt werden, kann die Wärmepumpe ihre Stärken voll ausreizen. 20 SolvisMax Wärmepumpe Technische Änderungen vorbehalten H 10 SOLVIS