7. AKUSTIK UND SCHAllSCHUTZ
10.5. störunGen und störunGsbeHebunG
Jede Wärmepumpe muss gegen uner-wünschte Zustände abgesichert werden. Die wichtigsten Ursachen von Störungen sind in Abbildung 10.3 dargestellt.
11.1. KleInanlaGen
Für kleinere Anlagen (bis circa 15 kW) im Wohnbau haben sich die im Folgenden dar-gestellten Funktionsschemata als betriebs-sicher und energieeffizient bewährt. Es sind die Grundschaltungen, so wie sie auch vom Wärmepumpen-System-Modul verlangt werden. Folgende Hydraulikvarianten wer-den dargestellt:
Beispiel Seite
Ohne Speicher, ohne Wassererwärmung 88
Ohne Speicher, mit Wassererwärmung 88
Serie-Speicher, ohne Wassererwärmung 89
Serie-Speicher, mit Wassererwärmung 89
Parallel-Speicher, ohne Wassererwärmung 90 Parallel-Speicher, mit Wassererwärmung 91 Parallel-Speicher, mit solar unterstützter Wassererwärmung 91
11. FAllBEISPIElE
88
oHne speIcHer, oHne WassererWärmunG
Bei Fussbodenheizungen kann der Unter-lagsboden als thermische Speichermasse genutzt werden, ein technischer Speicher zur überbrückung der (allfälligen) Sperrzeit des Elektrizitätsversorgers ist nicht (zwin-gend) notwendig. Die Hydraulik eignet sich für Anlagen mit Vorlauftemperaturen am Auslegungspunkt von unter 30 °C, die ohne
Einzelraumregelung betrieben werden (Nut-zung des Selbstregeleffekts). Bei höheren Vorlauftemperaturen ist eine Einzelraumre-gelung von Gesetzes wegen vorgeschrieben, in diesem Fall ist der minimal erforderliche Massenstrom der Wärmepumpe einzuhal-ten, beispielsweise durch ein zur Wärmeab-gabe parallel geschaltetes überströmventil.
– +
Wärmepumpe
Wärme-abgabe
Wenn immer möglich sollte eine Wärme-pumpe nebst der Raumheizung auch die Warmwassererwämung versorgen. Die Um-schaltung gelingt mit einem Dreiwegeventil problemlos. Zu beachten ist die Heizleistung von Wärmepumpen ohne leistungsregelung im Sommerbetrieb (Warmwasserbereitstel-lung), die sich im Vergleich zum Winterfall beinahe verdoppelt. Dies erfordert eine
ge-nügend gross dimensionierte Fläche des Wärme übertragers im Warmwasserspeicher.
Diese sollte im Idealfall 0,4 m2/kW sein, be-zogen auf die maximale Wärmepumpen-leistung. Das überströmventil stellt auch bei Wärmeabgabesystemen mit Thermostat-ventilen (Einzelraumregelung) die Einhaltung eines minimalen Massestromes der Wärme-pumpe sicher.
oHne speIcHer, mIt WassererWärmunG
– +
Wärmepumpe
Siphon
Legionellen-schutz
UV
Wärme-abgabe
Warm-wasser Abbildung 11.1:
Die einfachste Schaltung.
Abbildung 11.2:
Eine häufige Kon-figuration (Wasser-erwärmer parallel zur Raumheizung).
serIe-speIcHer, oHne WassererWärmunG
serIe-speIcHer, mIt WassererWärmunG Ein geringer Wasserinhalt der Heizungsan-lage (Radiatorheizungen, kleine Objekte mit Fussbodenheizungen) führt zu häufigen Ein-Aus-Schaltzyklen der Wärmepumpe.
Dem kann mit einem Serienspeicher entge-gengewirkt werden. Der Speicher sollte nach Herstellerangaben und so klein wie möglich gewählt werden. Wird eine
luft-Wasser-Wärmepumpe im Umkehrbe-trieb abgetaut, so ist ein grösserer Inhalt notwendig, da im Abtaubetrieb dem Heiz-system Wärme entzogen wird. Bei zu gerin-gem Wasserinhalt der Heizungsseite kann im schlimmsten Fall der Verflüssiger gefrie-ren und dadurch bersten.
Das Schema entspricht der Anlage «Serie- Speicher, ohne Wassererwärmung», jedoch mit zusätzlicher Trinkwassererwärmung.
Deren hydraulische Einbindung sollte – aus Sicht Wärmepumpe – vor dem Serie- Speicher erfolgen. Ansonsten würde dieser bei Warmwasserladung ebenfalls (auf ein zu hohes Temperaturniveau) mitaufgeheizt.
– +
Wärmepumpe
Speicher
Wärme-abgabe
– +
Wärmepumpe
Wärme-abgabe
Warm-wasser Siphon
Legionellen-schutz
UV
Speicher Abbildung 11.3:
Wärmespeicher in Serie für kleine Bauten.
Abbildung 11.4:
Serieller Wärmespei-cher mit vorge-schaltetem Wasser-erwärmer.
90
parallel-speIcHer, oHne WassererWärmunG
Die Hydraulikschaltung bewirkt durch den parallel eingebundenen Heizwasserspeicher – zusätzlich zur Energiespeicherung – eine hydraulische Entkopplung zwischen dem la-de- und Entladekreis (d. h. Wärmepumpe und Wärmeabgabesystem). Die Wärmepum-pe kann dadurch unabhängig von der Wär-meabgabe betrieben werden. Gegenüber der lösungen mit Serie-Speicher auf Seite 89 werden mehrere Umwälzpumpen be-nötigt, eine im ladekreis und (je) eine in den Entladekreisen (Heizgruppen). Der techni-sche Speicher sichert die Einhaltung des Mi-nimal-Massenstroms der Wärmepumpe, er übernimmt damit auch die Rolle der in den erwähnten lösungen integrierten über-strömventile. Zur Anpassung an den Wär-mebedarf (z. B. Einzelraumregelung der Wärmeabgabe) sollten die Entladepumpen in den Heizgruppen aber nach Druck regu-liert werden (drehzahlgeregelte Umwälz-pumpen).
Sind auf der Verbraucherseite – wie in der Abbildung ersichtlich – mehrere Heiz-gruppen mit unterschiedlichen Tempera-turanforderungen (z. B. Radiatoren und Fussbodenheizungen) angeschlossen, so benötigt diejenige Gruppe mit den tiefsten Temperaturanforderungen eine separate Re-gelung (im Schema eingezeichnet: Beimisch-schaltung). Die Gruppe mit den höchsten Vorlauftemperaturen wird direkt über den Wärmepumpenregler «gefahren». Speziell zu beachten ist auch die hydraulische
Ein-bindung des Speichers: Der Primärvorlauf (Austritt Wärmepumpe) wird direkt auf die Heizgruppen geführt und über eine Stich-leitung an den Speicher angebunden, nicht aber durch den Speicher geführt. Bei tieferer Speichertemperatur wird dadurch ein Her-untermischen des Wärmepumpenaustritts verhindert. Der Druckverlust der Stichleitung sollte möglichst gering gehalten werden.
Der Massestrom im ladekreislauf muss grös-ser sein als derjenige in den Entladekreisen.
– +
Wärmepumpe
Wärme-abgabe
Speicher
Wärme-abgabe
M
Abbildung 11.5:
Wärmespeicher ermöglicht eine hydraulische
Ent-kopplung.
mepumpen mit eingebauten Umwälzpum-pen müssen diese zur restlichen Hydraulik passen. Ein falscher Massestrom kann den Temperaturhub in der Wärmepumpe er-höhen und damit zu geringerer Effizienz führen: Als Beispiel führen 2 K mehr Tempe-raturhub zu 3 % schlechterer Effizienz.
Abbildung 11.6:
Wassererwärmer, warmer Speicher und Wärmeabgabe in sinnvoller
Reihen-folge.
parallel-speIcHer, mIt WassererWärmunG
– +
Wärmepumpe
UV
Warm-wasser
Siphon
Legionellen-schutz
Wärme-abgabe Speicher
Wie bei der lösung mit Serie-Speicher muss eine zusätzliche Wassererwärmung vor dem Heizwasser-Pufferspeicher eingebunden werden. Ansonsten würde bei jedem Warm-wasser-ladevorgang auch der Heizungs-puffer mit den – für Heizzwecke – unnötig hohen Temperaturen aufgeladen. Bei
Wär-parallel-speIcHer, mIt solar unterstützter WassererWärmunG
– +
Wärmepumpe
Warm-wasser
Siphon
Wärme-abgabe Speicher
Legionellen-schutz
UV
Abbildung 11.7:
Bei der Einbindung von thermischer Solarwärme ist Sorgfalt geboten.
Der Betrieb mit einer Wärmepumpe für Hei-zung und Wassererwärmung, eingeschlos-sen eine thermische Solarunterstützung, ist bereits eine anspruchsvolle lösung, die rich-tig geplant werden muss. Die Wassererwär-mung mit Solarenergie muss gewährleistet werden. Somit muss das Heizregister des
So-larkreislaufs im Warmwasserspeicher tiefer liegen als das Wärmepumpen-Heizregister.
Die Fläche des letzteren muss zur Wärme-pumpe passen, d. h. genügend gross di-mensioniert sein. Auch die Regelung beider Wärmequellen muss abgestimmt werden (Vorrang für die Solaranlage).
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