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3.2  Modul Wärmepumpendimensionierung

3.2.1  Allgemeines

Alle Weiß unterlegten Felder sind Eingabefelder und können in definierten Grenzen überschrieben werden. Ein Maus-Klick auf das Dreieck neben dem Eingabefeld öffnet eine Auswahlliste. Durch Klicken auf die runden Auswahlfelder wird das jeweilige Feld aktiviert (ausgewählt). Die Felder auf der linken Seite des Bildschirms sind Eingabefelder (Projektdaten) und auf der rechten Seite Ergebnisfelder (berechnete Daten).
 

Bildschirmfoto Modul Dimensionierung
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3.2.2  Beschreibung der einzelnen Eingabefelder

Das Feld unter den allgemeinen Projektdaten zeigt den aktuell ausgewählten Lieferant (Hersteller) der Wärmepumpe an, dessen Typ vom Programm ausgewählt und angezeigt wird. Am Rollbalken können andere eingetragene Hersteller gewählt werden. Falls der gesuchte Hersteller nicht mit angezeigt wird sind diese Daten noch nicht verfügbar und müssen unter "Extras" - "Wärmepumpenübersicht" - "Neuer Hersteller" eingegeben werden. Die Vorgehensweise wird unter "Extras" später beschrieben.

Rechts neben dem Auswahlfeld "Hersteller" ist ein Schaltknopf , der es ermöglicht, durch anklicken direkt zur Dokumentation des ausgewählten Herstellers zu gelangen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Dokumentation zuvor eingebunden wurde. Dies liegt jedoch im Ermessen des Wärmepumpenanbieters.

Durch Auswahl des Aufstellungsortes "Innen" oder "Aussen" erfolgt die Festlegung des Typs der Wärmepumpe entsprechend den Vorgaben des Herstellers.

Die darunter befindlichen Eingabefelder für "Sperrzeiten" beeinflussen die notwendige Überdimensionierung der Wärmepumpe in Abhängigkeit der Sperrzeiten, d.h. die Abschaltung der Elektroenergie während der Spitzenbelastungszeiten für eine bestimmte Zeitdauer. Wenn diese Abschaltzeiten vom Nutzer akzeptiert werden, erhält der Kunde dafür einen verbilligten Sondertarif für die Stromlieferung.

Die Größe der Wärmepumpe ist auch abhängig von der "Betriebsweise". Bei der monovalenten Betriebsweise erfolgt die Gebäudeheizung (mit Warmwasserbereitung) ausschliesslich durch die Wärmepumpe. Wenn die bivalente Betriebsweise (durch Anklicken) ausgewählt wurde, kann der Bivalenzpunkt (Außentemperatur) festgelegt werden, bei dem ein alternativer Wärmeerzeuger (z.B. Ölkessel, Festbrennstoffkessel) zugeschaltet werden muß.

Durch Auswahl der Wärmequelle wird festgelegt, ob es sich um eine Erdreich- (Sole), Wasser-, oder Luft-wärmepumpe handelt. Einige Hersteller bieten auch direktverdampfende Wärmepumpen an, die ausgewählt werden können, wenn die Daten der betreffenden Wärmepumpen zuvor eingegeben wurden.

Bei der Gebäudeart wird unterschieden zwischen Fertigteil- bzw. Holzhaus (mit geringer thermischen Speichermasse), Massivhaus mit Innendämmung (mit mittlerer Speichermasse) und Massivbauweise ohne oder mit außen angebrachter Wärmedämmung mit großer Speichermasse. Die thermische Speichermasse ist entscheidend für die Berechnung der Größe des Heizungspuffers (Puffervolumen). Zu beachten ist, dass u.U. sehr große Puffervolumen errechnet werden, die in der Praxis kaum realisierbar sind. Sollten sie trotz dem zum Einsatz kommen, muß die Wärmedämmung entsprechend gut sein, um die Abstrahlverluste (wegen der größeren Oberfläche) zu minimieren.

Durch die Wahl des Heizsystems wird sowohl die Größe des Puffervolumens als auch die Größe der Wärmepumpe beeinflußt. Da der Estrich einer Fußbodenheizung eine thermische Speicherfähigkeit besitzt, kann das Puffervolumen umso kleiner werden, je dicker der Heizestrich ist. Herkömmliche Fußbodenheizungen haben Estrichdicken von > 6 cm. Die Vorlauftemperatur des Heizungswassers im Auslegungspunkt (35°C bei Flächenheizung; 55°C bei Radiatorheizung) beeinflußt die Größe der Wärmepumpe sowie der Wärmequelle.

Die Auswahl der Bodenart bei Erdreichwärmepumpen ist entscheidend für die Berechnung der Wärmequelle. Durch Anklicken des Schaltknopfes links neben dem Eingabefeld kann die vom Programm vorgeschlagene spezifische Entzugsleistung überschrieben werden. Die Berechnung erfolgt dann mit den korrigierten Werten.

Im Feld Wärmebedarf ist der Norm-Gebäude-Wärmebedarf QN (möglichst nach DIN 4701) einzutragen und bildet die Basis für die gesamte Berechnung der Wärmepumpenanlage. Wenn der Wärmebedarf noch nicht bekannt ist, kann durch "Doppelklick" auf das Eingabefeld das Modul "Wärmebedarf" geöffnet werden.

Das darunter befindliche Eingabefeld wechselt zwischen "Verlegeabstand" und "Sondenanzahl" in Abhängigkeit der ausgewählten Wärmequelle. Sowohl Verlegeabstand als auch Sondenanzahl können überschrieben werden, womit eine Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten möglich ist. Die Berechnung erfolgt dann mit den korrigierten Werten.

Der Verlegeabstand der PE-Rohre des Erdkollektors ist auf sinnvolle Werte eingegrenzt, d.h. zwischen 50 und 150 cm, wobei der kleinere Abstand bei feuchten und wasserführenden Böden und der größere Abstand bei trockenen Sandböden anzustzen ist. Abstände unter 100 cm vergrößern die Rohrlänge bei gleicher (berechneter) Entzugsfläche wodurch sich die Entzugsleistung der Wärmequelle erhöht und die Leistungszahl (durch höhere Verdampfungstemperaturen des Kältemittels) verbessert wird.

Eine Vergrößerung des Abstandes auf über 100 cm (bei gleicher Rohrlänge) bewirkt hingegen eine Verbesserung der Entzugsarbeit (Energie), wodurch sich die Entzugsfläche durch den größeren Energieeintrag (Sonne, Regen) schneller regeneriert und dadurch die Jahresarbeitszahl verbessert wird. Eine Vergrößerung der Entzugsfläche und der Rohrlänge bewirken noch günstigere Ergebnisse der Leistungs- und Jahresarbeitszahl. Das Optimum (Verhältnis Aufwand/Nutzen) wird möglicherweise bei Verlegeabständen zwischen 80 und 120 cm zu finden sein.

Im Feld Frostschutz bis kann angegeben werden, bis zu welcher Soletemperatur Frostschutz gewährleistet sein soll. Durch Auswahl der Temperatur wird in Abhängigkeit des Frostchutzmittels die notwendige Solekonzentration und Menge (in Abhängigkeit der Rohrlänge und Durchmesser) errechnet und als Ergebnis in Litern angezeigt. Zu beachten ist ferner, dass die Dichte des Frostschutzmittels unterschiedlich von Wasser ist und demzufolge die Menge in Litern nicht identisch ist mit dem Gewicht des Frostschutzmittels.

Durch Eingabe eines Wertes in das Feld Übertragungsleistung öffnen sich die beiden weiteren Eingabefelder Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur sowie das Ergebnisfeld Volumenstrom. Im Ergebnis der Eingaben wird der erforderliche Volumenstrom der Umwälzpumpe (in Liter pro Stunde) angezeigt, in Abhängigkeit der zu übertragenden Leistung, des Mediums und der Vor- und Rücklauftemperaturen. Für reines Wasser ist der Frostschutz auf 0°C einzustellen, da sonst mit den Werten des Frostschutzmittels gerechnet wird.

Das Eingabefeld Solerohr ermöglicht die Auswahl für den Erdkollektor bzw. der Sonden und beeinflusst ebenfalls die Berechnung der Menge des Frostschutzmittels.
Wenn die Wärmepumpe auch die Brauchwassererwärmung mit übernehmen soll (dies sollte der Normalfall sein), kann das Eingabefeld angeklickt werden. Die erforderliche Mehrleistung für die Brauchwassererwärmung wird durch Eingabe der Personenzahl (mit ca. 200 W/P) berücksichtigt.

Das Ergebnisfeld Rohrlänge kann nach dem Anklicken des Kästchens (links neben dem Feld) überschrieben werden . Dies ist sinnvoll, um berechnete unrunde Werte so zu korrigieren (aufrunden), dass praktische Längen (z.B. n x 100 m) herauskommen oder die vom Bohrunternehmen ermöglichten Bohrtiefen zu berücksichtigen.

Das Kästchen links neben der Sondentiefe bzw. Entzugsfläche dient der Überprüfung der Wärmequelle hinsichtlich Entzugsarbeit im Jahr nach VDI 4640. Dabei wird die Einhaltung des Grenzwertes überprüft und bei Bedarf automatisch korrigiert.
 

Bildschirmfoto Wärmequelle anpassen

Bevor die automatische Anpassung angeklickt wird, sollten die vom Programm vorgeschlagenen Eingabedaten Jahresarbeitszahl, Jahresbetriebsstunden, Jahresheizenergiebedarf sowie die Vorgabe des Grenzwertes überprüft werden, da mit diesen Werten gerechnet wird.

Das Ergebnis der Berechnungen kann anschließend ausgedruckt werden.

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