Anlage Geisha2021
Wärmepumpe im 54 Jahre alten Fertighaus mit Plattenheizkörpern
Projektvorstellung
Im folgenden stelle ich mein Projekt vor das ich 2021 realisiert habe.
Ich habe ein 54 Jahre altes Fertighaus mit Einliegerwohnung. 110m² plus 49m². Meine Buderus Ölheizung ist jetzt 31 Jahre alt und ich habe die Geisha Panasonic J 7kW bivalent installiert.
Vor 26 Jahren habe ich Dachschräge, oberste Decke und in der UG-Wohnung Außenwände gedämmt.
Vor 28 Jahren habe ich einen Glasanbau (nicht abtrennbarer Wintergarten) mit 16m² Dachfläche erstellt an der Südseite, mit dem ich das ganze OG warm bekomme auch bei Minustemperaturen wenn die Sonne scheint und auch bei diffuser Einstrahlung hohe solare Gewinne erziele. Weiterhin habe ich seit 20 Jahren solare Brauchwassererwärmung mit 6,6m² thermischen Flachkollektoren und seit 14 Jahren PV mit 5,5kWP (Volleinspeiser).
Fenster an Nordseite und Ostseite sind ebenfalls neu. In der Hauptwohnung sind 2 Kreise Einrohr- und im UG Zweirohr-Heizung. Alles Flachheizkörper Typ 22 und in den Bädern (die verpönten) Handtuchheizkörper die übrigens völlig ausreichen. Für den WAF habe ich in den Bädern noch Heizlüfter die aber sehr selten eingeschaltet werden.
Zwei Winter habe ich meine Heizung ähnlich wie zukünftig die Wärmepumpe betrieben. Mit dem Tieftemperaturheizkessel kann ich auf minimal 30°C heruntergehen. Die wichtigste Änderung war, dass ich jetzt 24h / 7Tage heize (ohne das sich der Ölverbrauch wesentlich geändert hat). Der Komfort hat sich dadurch deutlich verbessert.
Die Vorlauftemperatur der Buderus-Ölheizung war am kältesten Tag (min -13,5°C am 11.02.2021) 45°C. Da erreiche ich 20,5...21,5°C in den Wohnräumen.
Dabei wurden 14,5L Heizöl verbrannt was bei angenommenen 15% Verlust einen Wärmeeintrag von 135kWh entspricht. Das UG wurde jedoch nur auf ca.18°C geheizt da nicht dauernd bewohnt. Mein Ölverbrauch in den letzten 10 Jahren 1200L...1300L.
An meinem bisherigen Heizölverbrauch sieht man, dass da kein großes Einsparpotential mehr vorhanden ist. Erst wollte ich ja einen Brennwertkessel installieren jedoch bin ich nach längerem Studium des Forums zu dem Entschluss gekommen, die Panasonic Geisha J mit 7KW bivalent zu meinem Ölkessel zu installieren.
Die Heizkörper habe ich bewusst schon immer so groß wie optisch vertretbar gemacht aber nur Typ 22. Da ändere ich auch nichts mehr.
Übrigens protokolliere ich jetzt schon seit längerem sämtliche relevante Temperaturen mit FHEM und weiß deshalb genau über das Verhalten der Heizung bescheid. Ölverbrauch über Betriebsstundenzähler und Öldurchsatz/h.
Als Backup-Alternative werde ich die WP zunächst bivalent mit der Ölheizung betreiben, wenn es wirtschaftlich Sinn macht, und außerdem habe ich noch einen Kaminofen den ich auch oft morgens und abends anmache.
Funktionsbeschreibung
Heizung (Blockschaltplan Heizung)
Die Wärmeerzeugung erfolgt durch die Buderus Ölheizung Junotherm S315T (17kW) und durch die Panasonic Wärmepumpe WH-MDC07J3E5 (7kW). In der Buderus Heizung ist ein Brauchwasserspeicher mit 140l Inhalt integriert. Der Ölkessel hat 50L Wasserinhalt.
Die Betriebsparamter werden im Minutentakt abgefragt und in einer SQL Datenbank gespeichert. (FHEM Smarthome Betriebssystem auf Raspberry Pi 3B+).
Entsprechende Daten und Diagramme können per Netzwerk mit einem Webbroser abgefragt werden.
Es können folgende Betriebsarten eingestellt werden:
Heizung mit WW-Bereitung:
1. nur Wärmepumpe
Das Blockschaltbild zeigt diese Variante. Die Wärmepumpe speist das Heizwasser mit ihrer internen Umwälzpumpe entsprechend der gezeigten Stellung der elektrisch gesteuerten Umschaltventile V1...V3 und der Kugelhähne KH2...KH4, KH7,8,11 in die 3 Heizkreise ein.
Die Pumpe P2 ist ausgeschaltet. Die eingespeiste Wärmemenge wird über den Wärmemengenzähler WZ erfasst. Die Wärmepumpe ist Außentemperaturgesteuert entsprechend der eingestellten Heizkennline und einem Wochentimer. Sie ist im Regelfall 24H an 7 Tagen in Betrieb wenn die einstellbare Heizgrenze (aktuell t<= 10°C) unterschritten wird.
Weiterhin kann die Warmwasserbereitung durch die Ölheizung ab einer bestimmten Außentemperatur (einstellbar über Thermostat W1209) erfolgen. Grund dieser Betriebsart ist der schlechte COP der Wärmepumpe bei tiefen Außentemperaturen zu vermeiden.
Die Wärmepumpe kann über das Bedienpanel im Arbeitszimmer oder über die Aquarea Service Cloud eingestellt werden.
2. Wärmepumpe und Ölheizung bivalent
Bei unterschreiten der eingegebenen Bivalenztemperatur (-10°C aktuell) schaltet die Wärmepumpe die elektrischen Umschaltventile V2 und V3 um und schleift die Ölheizung über den Vierwegemischer in den Heizkreislauf ein.
Die Pumpe P2 bleibt ausgeschaltet.
Wärmepumpe und Ölkessel sind in Reihe geschaltet.
Die Heizkurve des außentemperaturgesteuerten Vierwegemischers ist identisch zu der Heizkurve der Wärmepumpe eingestellt. Bei überschreiten der Bivalenztemperatur wird wieder automatisch auf Wärmepumpenbetrieb umgeschaltet.
3. nur Ölheizung
Die elektrischen Umschaltventile V2 und V3 schleifen die Ölheizung über den Vierwegemischer in den Heizkreislauf ein.
Kugelhan KH3 schließt man jedoch lässt man als Frostschutz der WP KH2 und KH4 zu ca 20% offen damit in der ausgeschalteten Wärmepumpe nichts einfriert (über Vorlauf- und Rücklauf Temperatursensoren kontrollieren).
Die Ölheizung ist ebenfalls Außentemperaturgesteuert entsprechend der eingestellten Heizkurve (nur der Mischerkreis).
Warmwasser (Blockschaltplan Warmwassererzeugung)
Die Warmwassererzeugung erfolgt nur im Winter über die Heizungen. Im überwiegenden Teil des Jahres wird sie durch die 6,6m² thermische Solaranlage bewerkstelligt. Insgesamt sind 3 Speicher, eine Steuerelektronik und die FriWa involviert.
Die drei Speicher sind in Reihe geschaltet und bilden ein hydraulisch geschlossenes System. Das Speichervolumen beträgt 140L + 386L + 186 L = 712L.
1.2.1 Sommerbetrieb
Wärmepumpe und Ölheizung sind ausgeschaltet.
Die Sonne heizt den Solarspeicher auf und über die Steuerelektronik wird das Temperaturniveau der Speicher ausgeglichgen. Dazu vergleicht ein Spannungskomparator die Temperatur des HWS1D-Speichers mit denen des Buderus-Speichers in der Ölheizung oder des Solarspeichers abwechselnd gesteuert durch die Zeitschaltuhr. Der Temperaturausgleich erfolgt über die Pumpe P1.
Beim Warmwasser-zapfen läuft die FriWa an und "kühlt" den HWS1D ab. Einstellung ist auf ca. 45°C Wassertemperatur. Immer beim zapfen läuft auch die Zirkulationspumpe für 1 min an (einstellbare Funktion der FriWa). Innerhalb der nächsten 10min ist sie jedoch gesperrt.
Der Vormischer VM begrenzt die Temperatur des FriWa Primärkreises auf max. 55°C-60°C um einer Verkalkung des Wärmetauschers vorzubeugen.
1.2.2 Winterbetrieb
===== 1.2.2.1 Wärmepumpe und Ölheizung sind eingeschaltet -nur Wärmepumpe aktiv- =====
Die Wärmepumpe überwacht die Temperatur des Speichers HWS1D. Eingestellt sind 43°C. Wird dieser Wert um 4°K unterschritten heizt sie den Speicher nach. Freigabe zum aufheizen erfolgt über den Wochentimer. Zwischen 5:30 Uhr und 11:00 Uhr sowie zwischen 16:00Uhr und 17:00 Uhr kann nachgeheizt werden.
Über das elektrischen Umschaltventil V1 wird die Wärmepumpe vom Heizkreis getrennt und der Wärmetauscher im Speicher HWS1D eingeschleift. Die Wärmepumpe heizt den Speicher auf und schaltet nach erreichen der 43°C wieder zum heizen zurück.
1.2.2.2 Wärmepumpe und Ölheizung sind eingeschaltet -bivalente Wassererwärmung-
a: Bivalenztemperatur für bivalentes heizen noch nicht unterschritten:
Die Warmwasserbereitung kann durch die Ölheizung ab einer bestimmten Außentemperatur unterstützt werden (einstellbar über Thermostat W1209). Sinn dieser Betriebsart ist der schlechte COP der Wärmepumpe bei tiefen Außentemperaturen.
Bei Anforderung WW-bereiten durch die Wärmepumpe erfolgt zusätzlich zu dem Ablauf in 1.2.2.1 bei unterschreiten der am Thermostat W1209 eingestellten Temperaturschwelle das einschleifen der Ölheizung über die elektrische Umschaltventile V2+V3 in den Wasserkreislauf.
Zusätzlich wird auch der interne Speicher der Ölheizung mit aufgeheizt (Ladepumpe wird eingeschaltet).
b: Bivalenztemperatur für bivalentes heizen unterschritten:
Funktion identisch zu "a"
1.2.2.3 nur Ölheizung ist eingeschaltet
Die Warmwasserbereitung erfolgt nur durch die Ölheizung
Die Ölheizung überwacht die Temperatur des internen Buderus Speichers. Eingestellt sind ca. 45°C. Wird dieser Wert um 4°K unterschritten heizt sie den Speicher nach. Ebenso wird der Speicher HWS1D nachgeheizt. Dazu wird über das elektrische Umschaltventil V1 der Ölkessel vom Heizkreis getrennt und der Wärmetauscher im Speicher HWS1D eingeschleift. Der 4-Wegemischer wird dazu auf max. offen eingestellt. Freigabe zum aufheizen erfolgt über den Wochentimer. Zwischen 5:30 Uhr und 11:00 Uhr sowie zwischen 16:00Uhr und 17:00 Uhr kann nachgeheizt werden. Die Schaltung zu Ausgleich der Speichertemperaturen funktioniert unabhängig vom heizen der Speicher durch die Wärmeerzeuger.