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).
Tabelle 1: Technische Angaben einer Sole-Wasser-Wärmepumpe
Die Temperaturen in der Quelle und im Heizungswasser ändern sich im Jahresverlauf (s. Bild 1).
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 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.: