VORTRAG: Planungshinweise für Erdwärmenutzungsanlagen - Grundwasser - Wärmepumpen 4. Juni 2008
VORTRAG: Planungshinweise für Erdwärmenutzungsanlagen - Grundwasser - Wärmepumpen Bmstr. Ing. Klaus Kiessler + Absolvent der Donau-Universität Krems Solararchitektur + Mitglied im Landesinnungsausschuss der Baumeister + Mitglied im Landesinnungsausschuss der Immobilientreuhänder + Obmann IG Passivhaus Ost + Beiratsmitglied im Cluster Bauen, Energie, Umwelt Coauthor: Heinrich Huber
Funktionsprinzip der Wärmepumpe
Temperaturverhalten δ KM_FL = 37 C δ WNA_RL = 29 C Wärmeübertrager - Senke δ KM_HG = 70 C δ WNA_VL = 35 C δ WQA_Austritt = - 3 C δ KM_Eintritt = -5 C Wärmeübertrager - Quelle δ WQA_Eintritt = 0 C δ KM_Austritt = -2 C
Leistungszahl Coefficient of performance COP ε W = P P c El Das Verhältnis zwischen abgegebener Wärmeleistung und der aufgenommenen elektrische Leistung, gemessen unter normierten Prüfstandsbedingungen. Prüfnormen: EN 14511 oder DACH Prüfreglemente
Jahresarbeitszahl Seasonal performance factor SPF β = P P c El Die Summe der in einer Heizsaison abgegebenen Wärmemenge bezogen auf die aufgenommene elektrische Energie Wärmequellen Vorlauf < 40 C Vorlauf < 55 C FBH, WH Radiator Wasser 4,5 4,0 Erdreich/Sole 4,0 3,5 Direktverdampfung 4,2 3,7 Luft 3,5 * 3,0 * * unter Berücksichtigung der Klimazonen Quelle: EHPA, 2006
Anlagenplanung Planung der Wärmepumpenanlage
Bestimmung der Wärmebedarfs Bei Wärmepumpen-Anlagen ist eine genaue Dimensionierung besonders wichtig. Überdimensionierte Geräte verursachen unverhältnismäßig hohe Anlagekosten und sehr kurze Laufzeiten der Aggregate. Die Ermittlung der Heizlast erfolgt nach der gültigen Norm: ÖNORM EN 12831:2003 12 01, H 7500 Alt: ÖNORM M 7500 od. B 8153,
Durchschnittlicher Wärmebedarf
EVU Sperrzeiten Beispiel: Eine Heizlastberechnung ergibt 7 kw. Für die Verwendung eines Sondertarifes müssen 3 x 2 Stunden Abschaltzeit in Kauf genommen werden. Heizleistung _ WP = 7kW 24h 18h = 9,3kW
Warmwasserbereitung Soll auch das Warmwasser mit der Heizungs-Wärmepumpe bereitet werden, so muss dies durch einen Aufschlag von ca. 0,25 kw pro Person berücksichtigt werden.
Auslegung der Heizungs-Vorlauftemperatur Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Vorlauftemperatur umso höher ist die Leistungszahl der Wärmepumpe und umso niedriger sind die Betriebskosten, wenn möglich max. 35 C Einfluss der Vorlauftemperatur auf die Arbeitszahl, z.b. für Sole/ Wasser-Wärmepumpen
Ausführung der Wärmenutzeranlage
Fußbodenheizung Überall einsetzbar Guter Speicher cp = 0,8 kj/kg.k Selbstregelungseffekt Vor- und Nachteile der Verlegesysteme beachten
FBH Trockenbau
FBH Tacker-Befestigung
FBH Clip - Befestigung
Wandheizung rasche Heizfläche Angenehme Strahlungswärme Auf Materialauswahl achten
Weitere Wärmeübertrager Strahlungsheizkörper Einsatz in Hallen Auf Herstellerangaben achten Radiatoren und Konvektoren Einsatz in alt Anlagen Flächen vergrößern Es gibt meist Alternativen Lufterhitzer Verwendung in Montagehallen od. Werkstätten Problematisch Lärm und Zugluft Oft höhere VL-Temperaturen notwendig
Energiequelle Luft
Vor- und Nachteile der Wärmequelle Luft Nachteil Große Schwankung der Lufttemperatur Starke Änderung der Arbeitszahl In den meisten Fällen bivalenter Wärmepumpenbetrieb notwendig Vorteil Nachrüstung möglich Sanierung Geringer Montageaufwand bei Splitanlagen
Luft/Wasser Kompakt Gerät
Luft/Wasser Split Gerät
Auffangmulde Kondensatablauf (1)
Schallschutzmassnahmen
Energie aus Grundwasser
Voraussetzungen für die Grundwassernutzung Genehmigungsverfahren Wasserqualität (Nitrat, Sommer-Winter) Wassermenge Probebohrung Pumpversuch 2-3 Tage Menge 250 Liter/h kw Kälteleistung Wassertiefe (nicht tiefer 15 m) Wassertemperatur (nicht < 8 C)
Behördenauflagen Keine WP in Schutz- und Schongebieten Planung und Ausführung der Brunnen durch Fachbetriebe Schluckbrunnen; Tiefe, Richtung, Abstand ev. Einleitung in Vorfluter Keine Trinkwasserversorgungsanlage
Sicherheitsabstände
Brunnenanordnung
Bohrbrunnen
Schlagbrunnen
Erdreichgekoppelte Wärmequellenanlage
Erdreichtemperaturen (1)
Erdreichtemperaturen (3)
Auslegung des Erdreichkollektors Die notwendige Fläche der WQA richtet sich nach der spezifischen Entzugsleistung des Erdreiches Kälteleistung der Wärmepumpe 1800 bis 2400 Betriebsstunden pro Jahr Bei gewissenhafter Auslegung des Erdkollektors ist der Einfluss auf das Erdreich und die Vegetation sehr gering
Flachkollektor Entzugsleistungen Entzugsleistungen sind geregelt in der VDI 4640 z.b. für Flachkollektoren
Flachkollektoren Behördenauflagen Seit 11. August 2001 sind Wärmepumpenanlagen mit Flachkollektoren nicht mehr nach dem WRG bewilligungspflichtig wenn sie außerhalb wasserrechtlich besondersgeschützter Gebiete nicht in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentraler Trinkwasserversorgung errichtet werden.
Sicherheitsabstände
Direktverdampfung
Direktverdampfung Kollektorrohr Cu-Rohr Ø 12-14 mm, Länge 60-75 m Kältequalität, HDPE-Mantel Wirbelstrom- und Isolationsprüfung
Direktverdampfung Kollektorplan
Direktverdampfung Sammelschacht
Direktverdampfung Kollektorfeld (3)
Direktverdampfung Flachkollektor vorgefertigt
Soleanlagen
Sole/Wasser Sammelschacht
Sole/Wasser Kollektorplan
Sole/Wasser Tiefensonde
Tiefensonde Auslegung Sondentiefe: Individuell je Anlage bis ca. 100 m (bis max. 240 m) Sondenabstand: Mindestens 5 m Bodenbeschaffenheit Spez. Entzugsleistung Trockene Sedimente Schlier, Schiefer Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit Untergrund mit hohem Grundwasserfluss 30 W/m 55 W/m 80 W/m 100 W/m
Anordnung der Tiefensonden
Tiefensonden Konstruktionen Einfach U-Sonde Doppel U-Sonde, Duplex Sonde
Tiefensonden Sondenaufbau Material: PE 100-PN 16 Injektionsrohr Trinkwasser als Spülflüssigkeit Bendonitsuspension
Zusammenfassung Genaue Abklärung des Nutzerverhaltens Auswahl einer optimalen Wärmequelle -> möglichst warm Großflächige Auslegung der Wärmesenkenseite -> möglichst niedrige Temperaturen Volumenströme beachten -> WQA ca. 3 K, WNA ca. 6 K Keine unsicheren Kompromisse eingehen Das Resultat ist eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Wärmebereitstellungsanlage
Globale Wärmepumpe Quelle: Rahmsdorf, 2002
Das Gebäude Lage Aussen Innen Pläne
Erneuerbare Energien Komponenten Heizung/Klima/Lüftung 5 ST Lüftungsanlagen (80-90% Wärmerückgewinnung) 560 lfm Erdsonden als Wärmetauscher 2 ST Wärmepumpen (48 kw Heizleistung + 54 kw Kühlleistung) 1.500 m² Betonkernaktivierung 28 kw peak Photovoltaikanlage 36 m² thermische Solarkollektoren
Erneuerbare Energien Prinzipschema Heizung/Klima/Lüftung
Wärmepumpen Gütesiegel Gütesiegel 1 Eingeführt 1998 Ziel ist hoher Qualitätsstandard durch: einheitliche Prüfkriterien kontrl. Fabrikationsstandards geforderte minimal COP s Prüfung der Sicherheitseinrichtungen Messung der Schallemissionen Ersatzteilsicherheit Kundendienst
Wärmepumpen Gütesiegel Gütesiegel 2 Mindestwerte für geforderte Leistungszahlen: Luft/Wasser 3,0 (A 2/W35) Sole/Wasser 4,0 (B 0/W35) Wasser/Wasser 4,5 (W10/W35) Erdreich/Wasser 4,0 (E 4/W35)
Wärmepumpenausbildung Therorie Praxis
Ziel des Zertifizierten Wärmepumpeninstallateurs Qualität von Wärmepumpensystemen nachhaltig sichern Vertrauen der Konsumenten in kompetente Fachleute aufbauen Personen Zertifizierung Monitoring Gesunder Wettbewerb DACH Gütesiegel
Nutzen durch die Zertifizierung Offizielle Zertifizierung anerkannt als offizielles Dokument durch die Republik Österreich Zertifizierte Person besitzt gemäß EN 378 / EN 13313 Kategorie A und B die Berechtigung Wartungsarbeiten an Wärmepumpen durchzuführen Referenzliste für Zertifizierte Installateure www.arsenal.ac.at Wiedererkennungswert und Sicherheit für den Konsumenten Zum Teil höhere Förderungen durch die EVU s Europaweite Anerkennung der Zertifizierung in Vorbereitung
Ethisch mit gutem Gewissen in die Zukunft unserer Kinder investieren! Bmstr. Ing. Klaus Kiessler kk@solar4you.at