IES Institut für Energiesysteme ENERGIE PRAXIS-SEMINAR Optimierung der Warmwasserbereitstellung mittels Wärmepumpe in Mehrfamilienhäusern Warmwasserbereitstellung mittels Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern Auftraggeber: Bundesamt für Energie (A. Eckmanns, T. Kopp) Industriepartner: Elektrizitätswerke des Kantons Zürich EKZ Autoren: Bernhard Vetsch, Andreas Gschwend, NTB Hochschule für Technik Buchs www.ntb.ch/ies, ies@ntb.ch Kurzfassung und Leitfaden unter: http://www.ntb.ch/ies (unter Publikationen) Abschlussbericht unter: http://www.bfe.admin.ch/ 2 1
BFE-Studie Ziele Vergleich von Brauchwarmwasser- Erwärmungssystemen in Mehrfamilien-Überbauungen Untersuchung von Verteil-, Speicher- und Heizsystemen mit Schwerpunkt auf Wärmepumpen Bewertung der Anlagen und Empfehlungen Vorgehen Feldmessungen Simulationen und Vergleich Workshops mit Planern und Sanitärbranche 3 Normung SIA 385/3: Warmwasserversorgungen für Trinkwasser in Gebäuden 01. 04. 2011 1991 SIA 385/1: Wasser und Wasseraufbereitungsanlagen in Gemeinschaftsbädern Revision SIA 385/1: WW-Versorgungen für Trinkwasser in Gebäuden - Grundlagen und Anforderungen 1982 2000 SIA 385/2: WW-Versorgungen für Trinkwasser in Gebäuden - Berechnungen SIA 385/9: Wasser und Wasseraufbereitungsanlagen in Gemeinschaftsbädern 4 2
Normen - Brauchwarmwasser Die Warmwasserversorgung (Ausnahme Durchlauferhitzer) ist so ausgelegt, dass sie folgende Temperaturen erreichen kann 60 C im Speicher 55 C in warmgehaltenen Verteilleitungen 50 C an den Entnahmestellen Die maximale Kaltwassertemperatur ist 25 C (Ziel: 20 C) Zirkulationsunterbrechungen in der Nacht sind nicht empfohlen Vorgabe für die Spreizung der Zirkulationsleitung: Neu: Keine Früher: 1-2K bei mittleren Anlagen, 3-4K bei Grossanalgen 5 SYSTEME 6 3
Untersuchte Systeme Begleitheizung Herkömmliche Zirkulation 7 Untersuchte Systeme Zirkulationswärmepumpe mit Zirkulations-Puffer Modulierende Zirkulationswärmepumpe Schichtspeicher Schichtspeicher Schichtspeicher Schichtspeicher 8 4
Untersuchte Systeme Dezentrale Speicherladung via Nahwärmenetz - Variante 1: Versorgung der Raumheizung mit simultaner Speicherladung - Variante 2: Raumheizungs-Unterbruch während Speicherladung 9 ERGEBNISSE 10 5
Vergleich elektrischer Energieaufwand Simulation Messung Erwärmung BWW Von 10 auf 60 C Mittlere Geb.-grösse Wärmequelle: 5 C Richtige Auslegung Zentrale Installation Einbezug der Speicherung und Verteilung 11 Aufteilung des elektrischen Energieverbrauchs Verluste im Heizsystem 12 6
Einfluss der Dämmqualität auf den Energieverbrauch Veränderung der Arbeitszahl [%] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Dämmqualität gut mittel schlecht H2W4, Zirkulation H2W4, Begleitheizung H8W24, Zirkulation H8W24, Begleitheizung 13 Einfluss der Netzgrösse auf den Energieverbrauch 14 7
Einfluss eines Pufferspeichers auf den Energieverbrauch (kombiniertes System) 15 Investitionskosten Investitionskosten [CHF/m 3 ] 2 Gebäude je 4 Wohnungen Dunkel: Dezentral, Hell: Zentral 4 Gebäude je 12 Wohnungen 8 Gebäude je 24 Wohnungen 16 8
Energieeffizienz (bei guter Dämmung) 2 Gebäude je 4 Wohnungen Dunkel: Dezentral, Hell: Zentral 4 Gebäude je 12 Wohnungen 8 Gebäude je 24 Wohnungen 17 Details: Messobjekt 3 Sorgenkind die Zirkulationsverluste sind sehr hoch. Der BWW-Speicher ist meist vollständig durchmischt. 18 9
Messobjekt 3: Vergrösserung der Spreizung Erhöhung der Spreizung von 2.5 K auf 6.5 K 20% verbesserte Arbeitszahl Speichermischung immer noch zu gross > Austausch Speicher nötig 19 Einfluss der Speicherschichtung auf die Effizienz (Messpunkte aus Feldmessung) 20 10
FAZIT 21 Fazit Feldmessungen Die untersuchten Minergie-P-Bauten besitzen eine gut ausgeführte Dämmung. Die Werte um 8 W/m Wirkverlust liegen nahe an den theoretischen Werten einer Isolation nach SIA-Norm. Die Spannweite der Gesamt-Arbeitszahlen reicht von 1.41 bis 2.73 Ungeschichtete Speicher erhöhen den Stromverbrauch massiv. Die Ausführung von Zirkulationssystemen ist sehr unterschiedlich (Installations- und Betriebsfehler) 22 11
Fazit: Berechnung Zirkulationsvolumenstrom Feststellung zur Auslegung des Zirkulationsvolumenstroms Nach Suissetec (2003) ist für das Parallelrohr-System mit 14 W/m Doppelrohr Wärmeverlust zu rechnen. Tatsächlich wird der benötigte Volumenstrom durch den Wasserbezug der Wohnungen verringert. Folglich wird der Zirkulationsvolumenstrom überschätzt Planung Auslegung Ergebnis Realität 23 Fazit Zirkulationssysteme Effizientestes System aber relativ empfindlich auf Einstellung Speicherschichtung wesentlich für Effizienz (spezielle Speicher) Optimale Temperaturspreizung der Zirkulation: 10 C Bei grossen Anlagen: Zirkulationswärmepumpe optimal Begleitheizung Einfache Handhabung Etwa gleiche Effizienz Empfindlich bei grossen Leitungslängen (ideal für mittlere Überbauungen) Kombinierte Systeme Mit Wärmepumpe nicht sinnvoll Entscheidende Faktoren Dämmqualität Leitungslänge Anzahl Steigleitungen 24 12
Empfehlung - Systemwahl Grosse Anlagen Zirkulationswärmepumpen einsetzten (effizient und robust) Mittlere Anlagen Zirkulationssysteme (richtig eingestellt) Elektrische Begleitheizung (gut isoliert) Kleine Anlagen Sternverteiler (ohne Warmhaltung) Elektrische Begleitheizung (gut isoliert) 25 Institut für Energiesysteme Forschung / Entwicklung Wärmepumpen Thermische Prozesse Leistungselektronik Photovoltaik Dienstleistung Wärmepumpen-Testzentrum WPZ Komponentenmessungen Akustik Prof., Ph.D. Hochschule für Technik Buchs NTB Werdenbergstrasse 4, CH-9471 Buchs +41 81 755 3469, stefan.bertsch@ntb.ch www.ntb.ch/ies 26 13