Funktionsweise

Einführung

Mit den zunehmenden Energiepreisen steigt die Nachfrage nach Alternativen mit geringen Betriebskosten. Dazu gehören auch die Wärmepumpenheizungen. Für Installateure und Bauherren gibt es jedoch noch häufig Unsicherheiten hinsichtlich Betriebskosten, Größe der Wärmequelle usw.
Leider treten auch immer wieder Planungs- und Ausführungsfehler auf, die z.B. zum Vereisen des Grundstückes führen.
Höhere Planungssicherheit schafft die Software WP-OPT© zum Planen und Optimieren von Wärmepumpenheizungen.

Besonderheiten beim Einsatz von Wärmepumpenheizungen

Entscheidend beim Einsatz von Wärmepumpenheizungen ist der störungsfreie langjährige Betrieb sowie ein möglichst geringer Stromverbrauch. Die gegenseitige Beeinflussung der technischen Parameter der Wärmepumpe sowie der Temperaturen in Quelle und Heizwasser erschweren jedoch die Planung und Prognosen zum Betriebsverhalten.
Eine Aussage darüber, wieviel Strom verbraucht wird, um mit einer Wärmepumpenheizung eine bestimmte thermische Wärmemenge zu erzeugen, ist über die Leistungszahl bzw. Arbeitszahl möglich.

Die Leistungszahl ist das Verhältnis aus von der Wärmepumpe abgegebener Wärmeleistung und benötigter elektrischer Leistung.
Eine Leistungszahl von 4 bedeutet also, daß das Vierfache der eingesetzten elektrischen Leistung in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt wird. Je höher die Leistungszahl, desto besser die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenheizungsanlage.
Die Leistungszahl bezieht sich auf klar definierte Randbedingungen. Üblich ist bei Sole/Wasser-Wärmepumpen die Temperaturangabe 0 °C Sole und 35 °C Heizungswasser.
Die Leistungszahl ist ein MOMENTANWERT und kann nur unter gleichen Randbedingungen verglichen werden.

Die Arbeitszahl gibt das Verhältnis aus der von der Wärmepumpe abgegebenen Wärmemenge und der benötigten elektrischen Arbeit für einen längeren Zeitraum an.
Die Arbeitszahl ist ein PERIODENWERT.

Der jeweilige Stromverbrauch einer Wärmepumpenheizung hängt von den Temperaturen in Heizung und Quelle ab (s. Tabelle 1).

Bild: Technische Angaben
Tabelle 1: Technische Angaben einer Sole-Wasser-Wärmepumpe

Die Temperaturen in der Quelle und im Heizungswasser ändern sich im Jahresverlauf (s. Bild 1).

Bild: Jahresverlauf der Erdreichtemperatur
Bild 1: Jahresverlauf der Erdreichtemperatur ohne und mit Wärmeentzug durch eine Wärmepumpenheizung

Man müsste also rechnerisch so vorgehen, daß die Heizwassertemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur am jeweiligen Standort bestimmt wird. Dem würde bei der momentanen Quellentemperatur eine bestimmte Stromaufnahme und Laufzeit der Wärmepumpe entsprechen. Durch den Entzug aus der Wärmequelle ändert sich die Erdreichtemperatur, damit verändert sich die Stromaufnahme...
Ein enormer Rechenaufwand!

Diese Arbeit nimmt WP-OPT© dem Nutzer ab!

Prinzip der Simulationsrechnungen

Das Programm berechnet ausgehend von den Monatsdurchschnittstemperaturen am Gebäudestandort und dem Wärmebedarf des Hauses die benötigten Wärmemengen und momentanen Heizwassertemperaturen.
Treten Sperrzeiten im Tarif des Energieversorgers auf, werden diese mit einem Korrekturfaktor berücksichtigt.
Die Warmwasserbereitung wird je nach Speichertyp und Temperaturanforderungen ebenfalls in die Berechnung einbezogen.
Entsprechend der technischen Parameter der Wärmepumpe wird in einem iterativen Verfahren mit Beginn der Heizperiode die Abkühlung der Wärmequelle durch den Wärmeentzug berechnet. Bei Erdabsorberanlagen (horizontal oder Sonden) werden Eigenschaften des Bodens sowie der Verlegesymmetrie berücksichtigt.
Bei Soleanlagen wird noch der Wärmeübergang entsprechend der strömungstechnischen Eigenschaften sowie der Beschaffenheit von Frostschutzmittel, Absorberrohr und Erdreich einbezogen.
Je nach den momentanen Temperaturen von Heizwasser und Wärmequelle ergeben sich Laufzeiten und Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Laufzeiten, Stromverbrauch und Entzug werden aufsummiert und zur Berechnung der Jahresarbeitszahl bzw. der Betriebskosten verwendet (s. Bild 2).

Bild: Berechnungsergebnisse
Bild 2: Beispiel für Berechnungsergebnisse

Bei der Erstellung eines neuen Projektes kann zur zeitsparenden Bedienung auf benutzerspezifische Standards zurückgegriffen werden, z.B. eine regional typische Tarifstruktur. Diese Standards können beliebig erweitert werden.

Dimensionierungshilfen

WP-OPT© verfügt über zahlreiche Dimensionierungshilfen und Kontrollmechanismen, z.B.:


Ein ausführlicher Rechnerausdruck wird erstellt, in den auch eigene Texte und Formulierungen eingebunden werden können.

Zusätzlich werden zur Beantragung von Fördermitteln Jahresarbeitszahlen nach der VDI 4650 berechnet. Diese Jahresarbeitszahlen dienen nicht der Prognose im betrachteten Objekt, sondern nur Vergleichszwecken. Das Ergebnis nach VDI 4650 hängt z.B. nicht von der gewählten Warmwassertempeartur ab. Zum Nutzen von Spielräumen im Förderformalismus gibt es eine Optimatorfunktion mit Hinweisen.