Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group

Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Max Bartholdi Reto Wymann Viessmann (Schweiz) AG Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 1

Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Agenda Motivation Wasser als Wärmequelle Schnittstellen Hydraulik und Steuerung Ausstattung von Maschinenräumen Ausblick Kältemittelregulation Schweiz Fragen / Diskussion Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 2

Motivation Motivation Viessmann strebt eine partnerschaftliche Zusammenarbeit an. Dazu gehört, dass man Erfahrungen zum gegenseitigen Nutzen austauscht. Ziele und Nutzen Vermeidung von unnötigen Risiken Normgerechte Umsetzung Partnerschaftliche Zusammenarbeit Weniger Zeitaufwand für die Planung Erhöhte Kundenzufriedenheit Hohe Anlagenzuverlässigkeit geringere Betriebskosten Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 3

Wasser als Wärmequelle Arten von Wärmequellen Generell: Wasser ist in Bezug auf die Effizienz eine sehr willkommene Wärmequelle, da die Temperaturen für die Nutzung deutlich über 0 C liegen und damit ein geringerer Temperaturhub erforderlich ist. Die Eignung muss jedoch genau geprüft werden. Arten von Wärmequellen Grundwasser Quellwasser Oberflächenwasser Abwärme offener Kreislauf wie: ARA vor und nach der Reinigung Industrie Abwärme geschlossener Kreislauf wie: Kühlsystem Fernleitung Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 5

Wasser als Wärmequelle Risiken / Gefahren Risiken Quellen-Temperatur Quellen-Temperaturschwankungen Wasserqualität (Leitfähigkeit, PH-Wert, nicht sichtbare Bestandteile im Wasser, wie Eisen, Mangan, etc.) Verschmutzung (feste Bestandteile, Schlick, Sand, etc) Organismen (Muscheln, Bakterien) Gefahren Korrosion Erosion Ablagerungen Verschmutzung Verstopfung Überschreitung der Einsatzgrenze -> Prüfung der Machbarkeit Zusätzlich zu den Risiken beachten: Vorschriften, Gesetzte Einsatzgrenzen der Wärmepumpe Nötiger Unterhalt Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 6

Wasser als Wärmequelle Art der Nutzung Direkt Indirekt (mit Zwischenkreis) Vorteile / Nachteile Maximale Effizienz Niedrigere Investitionskosten Maximales Risiko Reinigung kaum möglich Vorteile / Nachteile Robustheit der Anlage Betriebssicherheit Reinigung möglich bzw. nötig Reduktion Effizienz ca 6% Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 7

Wasser als Wärmequelle Direkte Anwendung Beurteilung der Wasserqualität siehe Planungsanleitungen 6 C /4 C Minimale Temperaturen Austritt Verdampfer: Plattenverdampfer: 6 C Rohrbündelverdampfer: 4 C Hinweise Wasserqualität beachten Wasserqualität muss aktiv überwacht werden Wer, Wie bei Planung definieren! Material (Edelstahl, Kupfer) beachten Mögliche Verdampfertypen: Platten- oder / Rohrbündelwärmeübertrager -> Anwendung grundsätzlich nur bei geschlossenen Systemen z.b. Anergienetz, Kühlsystem, wassergefüllte EWS Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 8

Wasser als Wärmequelle Indirekte Anwendung / Zwischenkreis 10 C 8 C 4 C 3 C Empfehlung Viessmann 6 C 4 C 2 C 1 C Nominale Auslegung Minimale Auslegung Hinweise: Wasseranalysen zeigen die aktuelle Wasserqualität zur Auswahl des geeigneten Wärmeübertragers Max Entnahmemenge Brunnen / 2 = optimale Entnahmemenge = max Durchflussmenge Wärmepumpe Zwischenkreislauf immer mit Frostschutzgemisch füllen (-15 C) Minimale Wassermenge muss bei Wärmepumpenbetrieb immer eingehalten werden Bei Rückspülung des Filters Wärmepumpe ggf stoppen!! Entscheidend für Effizienz ist Verdampfer Austritts-Temperatur Unterhalt und Reinigung muss geplant und durchgeführt werden Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 9

Wasser als Wärmequelle Indirekte Anwendung / Zwischenkreis bei starker Verschmutzung Feka Jaske & Wolf Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 10

Agenda Motivation Wasser als Wärmequelle Schnittstellen Hydraulik und Steuerung Ausstattung von Maschinenräumen Ausblick Kältemittelregulation Schweiz Fragen / Diskussion Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 11

Schnittstellen Ziele / Entscheidende Fragen Bei vielen Heizungs- und Klimatisierungsanlagen ist die Wärmepumpe nur ein Teilsystem. Ein Gebäudeleitsystem ist der Wärmepumpe übergeordnet. Dabei muss sichergestellt werden, dass jedes Teilsystem für sich geprüft werden und einwandfrei funktionieren kann. Das Gesamtsystem ist in allen Betriebsarten aufeinander abgestimmt. Ziele für eine robuste und einfach zu wartende Anlage: Eindeutige definierte Schnittstellen zwischen den Teilsystemen Eindeutige Verantwortlichkeiten für die Sicherheit des Teilsystems jedes Teilsystem kann unabhängig vom Rest geprüft und betrieben werden Für das Teilsystem Wärmepumpe gilt: Für einen sicheren Betrieb müssen ausreichende Volumenströme primär- und sekundärseitig, sowie die Einhaltung von Grenztemperaturen stets gewährleistet sein. Sicherheitsorgane wie Strömungswächter und Temperatursensoren müssen direkt von der Wärmepumpensteuerung gelesen werden können Umwälzpumpen und Ventile, welche für die korrekten Volumenströme verantwortlich sind, müssen direkt von der Wärmepumpe angesteuert werden Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 12

Schnittstellen Lösungen / Empfehlung Bemerkungen Ideal: Pufferbewirtschaftung durch Regelung Wärmepumpe Freigabe oder Sperrsignale mit pot freiem Kontakt Sollwerte von GLT via 0-10V Signal oder ModBus Fernüberwachung hilft für Betriebsüberwachung und Optimierung Weitere Möglichkeit: Handschalter für Betrieb Umwälzpumpen Steuerung WP GLT Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 13

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 Aufstellung von Grosswärmepumpen Aussen Aufstellung Zugänglichkeit Kältemittel Im Freien ausserhalb Gebäude, nicht frei zugänglich (Zaun) Nur befugte Personen Sicherheitskältemittel CO 2 brennbare und giftige Propan R 134a Ammoniak Im Gebäude Maschinenraum Nur befugte Personen Sicherheitskältemittel und giftige brennbare nur in beschränkten Mengen oder schwerentflammbar (A2L) HFO Personen Aufenthaltsbereich Freier Personenzugang + Langzeitaufenthalt Sicherheitskältemittel R 134a Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 15

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 1. Zugänglichkeit im Maschinenraum Bedienungsgänge und Revisionsplätz müssen eine freie Durchgangshöhe von min. 2.1 m unter den Einrichtungen haben. Um die Maschinen muss für Wartung, Instandhaltung und Demontage ausreichend Platz vorhanden sein. Empfohlene Abstände: (siehe Viessmann Planungsanleitung) WP 1 WP 2 Bedien- und Revisionsseite min. Abstand 800-1000mm Zwischen den Maschinen min. Abstand von 1200-1800mm Min. Höhe 2.1m Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 16

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 2. Kältemitteldetektoren (Änderungen in der neuen EN 378, gültig seit März 2017) Wenn die Konzentration des Kältemittels den praktischen Grenzwert (ATEL) überschreiten kann, müssen im Maschinenraum Detektoren vorgesehen werden. Bei Alarm muss die mechanische Notlüftung des Raumes in Gang gesetzt werden. Bei brennbaren Kältemittel (A2, A2L, A3) muss der Detektor 25% unter der unteren Explosionsgrenze LFL auslösen. Berechnung praktischer Grenzwert: Netto Raumvolumen x Grenzwert > als Kältemittelfüllmenge WP Raum 100m 3 x 0.25kg/m 3 (A) = 25kg max. Füllmenge Füllmenge WP = 30kg Kältemitteldetektor notwendig 20kg Kältemitteldetektor nicht notwendig Montage Kältemitteldetektor (A) = R134a Montage Mitte Sensor 30cm über Boden Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 17

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 3. Lüftung Maschinenraum Die Belüftung von Maschinenräumen muss sowohl für die üblichen Betriebsbedingungen (Temperatur) als auch für Notfallsituationen (Havariefall) ausreichend sein. Der Luftstrom der mechanischen Lüftung muss mindestens dem errechneten Volumenstrom entsprechen: Volumenstrom (m 3 /s) = 0.14 x Kältemittelfüllmenge (kg) 2/3 Luftwechsel: => 15x je Stunde bei Notentlüftung (Havariefall) => 4x je Stunde bei Personenaufenthalt Die mech. Notlüftung muss mit zwei voneinander unabhängigen Notsteuerungen ausgerüstet sein (Redundanz). Montage Abluftkanal: Absaugung ab Boden, da Kältemittel schwerer als Luft ist. Abluft ins Freie geführt Zuluft gleicher Volumenstrom wie Abluft Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 18

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 4. Bauliche Massnahmen: Wände, Boden, Decke, Türen und Öffnungen Generelle Feuerbeständigkeit von Türen, Wände, Decken und Boden von mindestens 1 h Die Türen müssen dicht, selbstschließend und von innen geöffnet werden können. Es dürfen keine Öffnungen vorhanden sein, die ein unbeabsichtigtes Eindringen von entweichendem Kältemittel, in Personen-Aufenthaltsbereiche ermöglichen. Eine fest angebrachte oder tragbare Notbeleuchtung muss vorhanden sein 1h Feuerbeständig Ausserhalb des Maschinenraums: Not aus Taster und Warnhinweis Maschinenraum, Zutritt nur für befugte Personen. Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 19

Ausstattung von Maschinenräume Auszug aus der EN Norm 378 Teil 3 5. Spezielles für HFO R1234ze Anlagen (Gruppe A2L) R1234ze < 30 C nicht entflammbar, ab 54 C Zündenergie >61`000MJ Fluidgruppe 2 Elektrische Installation: Aufgrund der hohen Zündenergie des Kältemittels ist es nicht notwendig elektrischen Bauteile mit EX-Schutz auszurüsten. Umgebungstemperatur der Wärmepumpe darf nicht über 30 C liegen. Andere Wärmeerzeuger wie Gas- oder Oelkessel dürfen nicht im gleichen Raum wie die Wärmepumpe aufgestellte werden. Allfällige Sicherheitsventil der Wärmepumpe müssen nicht nach draussen geführt werden (Fluidgr. 2). Maschinenraum muss ein separater Brandabschnitt sein. Die Errichtung des Maschinenraums muss von den örtlichen Brandschutzbehörden abgenommen werden (Brandschutz, Kältemittelfüllmenge am Aufstellungsort usw.). Achtung: für alle anderen A2L Kältemittel mit Fluidgr. 1 (z.b. R32, R1234yf) gelten strengere Massnahmen. Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 20

Ausblick Kältemittelregulation Schweiz Überarbeitung der ChemRRV Schweiz Überarbeitete ChemRRV wird voraussichtlich im März 2019 in Kraft treten (Bundesratsbeschluss). Im Bereich der Wärmepumpen werden kleine Anpassungen gemacht: Verwendung Klimakälte direkte Gebäude Kühlung Pluskühlung Gewerbe + Industrie Minuskühlung Gewerbe + Industrie Max. Kälteleistung (kw) Grenzwerte 400 2100 40 1500 30 / 8 (1) 1500 Industriekälte 400 2100 Max. Treibhauspotential GWP Kältemittel NEU Bei Überschreitung der max. Kälteleistung ist ein Kältemittel mit Treibhauspotential <10 (low GWP) einzusetzen. Wärmepumpen Gebäude + Prozesswärme 600 2100 R134a, R410A, R407C R404A, R417A (1) wenn mit Pluskühlung kombiniert Verantwortlichkeiten: Verantwortlich für die Einhaltung der Verordnung liegt beim Planer und Inverkehrbringer (Viessmann). Ausnahmebewilligung: Gesuch stellt/schreibt Planer, Bewilligungsdauer ca. 2 Monate. Vollzug der Kontrollen liegt bei den Kantonen. Herausforderungen bei der Planung von Anlagen mit Grosswärmepumpen Viessmann Group 27.11.2017 22

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