Anlage Jimix

Motivation

Die Seite beschreibt unsere Anlage in Planung
Die bestehende Anlage im Altbau mit Gas-Brennwert und Solarthermie soll mit einer Wärmepumpe ergänzt werden (dieses Szenario zumindest möchten wir prüfen)
Eine Option für später wäre die alleinige Nutzung der WP (nach Durchführung grösserer Maßnahmen zur Gebäudedämmung)
Motivation ist grundsätzlich die Reduzierung des fossilen Brennstoffverbrauchs (Abhängigkeit vom Gas bzw. und CO2 Reduzierung).
Natürlich so effizient und kostengünstig wie möglich, aber kurzfristige Armortisation nicht als primäres (KO-) Kriterium.
Bei Durchführung gehen wir von eigener Installation aus (z.B. Panasonic Monobloc)

Ausgangssituation

Haus

Haus BJ 1957, ca. 240 qm WFL
Stand heute nicht energetisch saniert (Fassade und Dach ungedämmt, Fenster zweifachverglast 1980 bis 2000).
NAT -10 °C (Südhessen)

Grundrisse

Hier die Grundrisse für Erdgeschoss, Obergeschoss, Dachgeschoss und Keller sowie Außendarstellung.
In den Grundrissen sind Positionen von Heizkörpern angezeigt (nicht im Maßstab)
Die Heizung (Kessel und Pufferspeicher) ist in Keller 1 verbaut.
Steigleitungen zu OG und DG liegen im östlichen Versorgungsschacht von Keller 2 aus, das EG wird einzeln versorgt (direkt von Keller 2 in Raum EG1).
Heizungsrohe in der Etage liegen grundsätzlich in Sockelleisten an der Außenwand.

Grundriss Erdgeschoss
Grundriss Obergeschoss
Grundriss Dachgeschoss
Grundriss Keller (teilunterkellert)
Aussenansicht 1
Aussenansicht 2

Heizlast und Verbrauch

Heizlast

Heizlast berechnet a) durch Energieberater und b) eigene Berechnung u-Werten der für uns ermittelbaren Materialen
Zustand	Energieberater	Eigene Berechnung
Ist-Zustand	27,9 kW	23,4 kW
Nach Dachdämmung	24,9 kW	19,8 kW
Nach zusätzlicher Fassadendämmung und Fenstertausch	11,8 kW	12,0 kW

Hier noch einige zusätzliche Angaben zur eigenen raumweisen Berechnung/Abschätzung
Im hinteren Teil der Tabelle ist gegenübergestellt die theoretische Wärmeabgabe der vorhandenen Heizkörper bei nomineller Auslegung 55/45

Dämmung

Eine Dämmung des Dachs ist auf jeden Fall geplant, wenn wir geeignete Angebote bekommen auch kurzfristig
Die Fenster sollen ebenfalls gemacht werden
Unklar ist der Plan bzgl. der Fassadendämmung. Schön finden wir sie nicht, und bei aktuellen Baupreisen scheint die Amortisation unklar. Aber im Sinne der Heizlast ist der Effekt selbstverständlich groß.

Gasverbrauch im letzten Jahr

Der Gasverbrauch im letzten Jahr (Anfang Juni 2021 bis Ende Mai 2022) betrug "nur" 2800 m^3, also ca 32.000 kWh, inklusive Warmwasser für 3-4 Personen. Das war auch gleichzeitig unser erstes Jahr in dem Haus, vorherige Verbräuche liegen uns nicht vor. Wenn ich das richtig verstehe, würde man unter normalen Umständen daraus nach Schweizer Formel eine Heizlast des Gebäudes eher im Bereich 12 kW abschätzen. Aus folgenden Gründen ist das aber wahrscheinlich nicht besonders hilfreich und ggf. irreführend für das Gebäude an sich:

Gebäude wurde letztes Jahr nur in ca. der Hälfte der Räume durchgehend beheizt
Auch dort wo beheizt wird, liegen übliche Solltemperaturen bei uns eher um 19 Grad
Teilweise Unterstützung mit 10qm Solarthermie (kein Wärmemengenzähler, also keine Zahlen dazu)

Der höchste Monatsverbrauch war im Dezember, mit rund 6000 kWH. Einzelne Höchsttageswerte können wir leider nicht mehr nachvollziehen.

Warmwasser und Zirkulation

Das Haus wird aktuell nur von 3-4 Personen bewohnt, der Warmwasseranteil am Energiebedarf relativ gering
Klar ist, dass die Zirkulation mehr Energie benötigt als der eigentlich Wasserbedarf (aktuelle Schätzung 10 kWh pro Tag ??)
Seit Ende der Heizperiode deckt die Solarthermie den Warmwasserbedarf zu 98 % ab (ca. 1 Brennerstart pro Woche)

Heizung

Die aktuelle Heizung besteht aus einer Gas-Brennwertheizung (Viessmann Vitodens 200W) mit Unterstützung von 10 qm Solarthermie.
Die Leistung des Kessels beträgt 19 kW
Die komplette Heizung, Solarthermie und alle Heizflächen wurden Anfang 2021 neu installiert
(Mit heutigem Blick in die Ukraine und mehr Zeit hätten wir die Heizung anders gebaut. Haben wir leider nicht, und können jetzt nur da weitermachen wo wir stehen:-)

Heizflächen

Die Heizflächen bestehen aus insgesamt 21 Heizkörpern Alle Heizkörper finden sich in einem einzigen gemischten Heizkreis Die Heizkörper wurden bislang mit Thermostatventilen betrieben (bei Umstellung auf WP zu ändern) Laut Rechnung und Unterlagen des HBs erfolgte die rechnerische Auslegung auf VL55/RL45.

Heizkurve

Leider ist die optimale Heizkurve bis jetzt nicht wirklich bekannt, wir haben erst zu spät im Frühjahr angefangen uns damit zu beschäftigen.
Zu Anfang des Winters hatten wir eine Steigung von 1.4 (voreingestellt vom HB).
Im Frühjahr Steigung 1.2, schien problemlos zu gehen, wäre ja aber immer noch eine Vorlauftemperatur von ca 62°C bei NAT -10°C. Also sehr hoch für WP.
Steigung 1.2 war aber immer noch mit ERR, also unklar wieviel Luft da noch ist. Und da wir einige Räume nicht beheizt haben, müssten die anderen höhere Temperaturen gebraucht haben

Aktuelles Anlagenschema

Hier die Bestandsaufnahme des aktuellen Anlagenschemas.

Leitungsdurchmesser

Leitungen im Zweirohrsystem
Alle Leitungen im Keller und Steigleitungen in Cu 28
In den Etagen verjüngen sich die Zuleitungen nach und nach über Cu 22, Cu 18, Cu 15, entsprechend der verbleibenden Heizkörperleistung

Volumenstrom, Strömungsgeschwindigkeiten, Umlaufmasse

Volumenstrom gerechnet

Rechnerisch sollten 1890 l/h Durchfluss nötig sein um die installierten Heizkörper bei VL55/RL45 entsprechend zu versorgen. Dabei würde bei Raumtemperatur von 20 °C ein Leistung von 22 kW abgegeben (mehr als der Kessel alleine mit 19kW leisten kann)

Volumenstrom gemessen

Nach Einstieg in das Thema WP Planung vor einigen Wochen haben wir einen Wärmemengenzähler installiert. Bei voller Leistung der Pumpe zeigt dieser aktuelle einen Volumenstrom von 1750 l/h. Die Pumpe (soweit für mich recherchierbar) eine Yonos Para 25/6. Der Volumenstrom sinkt geringer als wir erwartet hätten wenn man Heizkörper zudreht. Schließt man etwa das EG komplett, dann liegt er immer noch bei 1440 l/h.

Strömungsgeschwindigkeiten

Bei Durchfluss von 1890 l/h (nach Auslegung) liegen die Strömunggeschwindigkeiten

im Hauptstrang Keller bei 1 m/s
in den Wohnräumen durchweg kleiner 0.7 m/s, an den allermeisten Stellen im Bereich 0.4 m/s

Maximal "testbarer" Durchfluss mit aktueller Pumpenleistung sind 1750 l/h. Sind dann ein Großteil der Heizkörper offen sind keine für uns merkbaren oder störenden Strömungsgeräusche zu hören. Werden insbesondere im EG sehr viele HKs abgeriegelt entstehen irgendwann an anderen Stellen Strömungsgeräusche.

Die gängigen WPs (alle Panas?) scheinen höhere Pumpenleistungen zu haben als die 45 W der eingebauten Yonos Para. dann sollten ggf. noch höhere Volumenströme machbar sein als jetzt.

Umlaufmasse gerechnet

Meine Berechnung der Wassermenge im Heizkreis ergibt ca 230 l.

Das beinhaltet das Volumen aller HKs und Volumen aller Zuleitung "ab Mischer" (siehe Anlagenschema). (Nicht eingerechnet ist also das Volumen des vorhandenen Kombipuffers)

Reicht das zum Abtauen?

Planung

Ziel / Annahmen

Bi-Valente Einbindung einer WP zur Reduktion des Verbrauchs an fossilen Energien
Aktuelle Annahme ist LW-WP in Monoblock Bauweise
Fokus hauptsächlich auf Heizbetrieb, da Warmwasseranteil relativ gering und im Sommer bereits von Solarthermie abgedeckt. Aber je nach Aufwand auch Interesse an WW Lösung.
Mgl. Volumenströme (siehe oben) scheinen nach Recherche prinzipiell WP-tauglich?
Unsicherheit: reale Heizkurve im "Dauerbetrieb" ohne ERR nicht endgültig ermittelt

Dimensionierung und mögliche Modelle

Dimensionierung Wäre natürlich am einfachsten, wenn nach Abschluss energetischer Sanierung und mit Ist-Werten zum Verbrauch. Ist nicht der Fall. Gibt es trotzdem einen sinnvollen Weg?
WP sollte so dimensioniert sein, dass sie aktuell im bivalenten Betrieb einen relevanten Anteil der Energie bereitstellen kann
Idealerweise könnte die WP später nach energetischer Sanierung den Betrieb alleine sichern
Besser unterdimensioniert als überdimensioniert

Aktuelle Überlegungen liegen zwischen

5 kW Jeisha (anscheinend sehr positive Erfahrungen mit dem Modell, aber hier doch zu klein? Evtl. Kaskade?)
9 kW T-Cap (aktueller Favorit)
12 kW T-Cap (nach Dämmung ggf. schon zu groß und evtl. auch problematisch vom Volumenstrom?)

Ein erster grober Versuch der Abschätzung, welchen Temperaturbereich diese abdecken könnten, und ab wo die Gastherme helfen muss. Der Ansatz ist hier schlicht linear zwischen NAT und Heizgrenze bei angenommen 17°C, für verschiedene Sanierungszustände. Wird das Haus weiterhin genutzt wie bisher, erwarte ich in der Praxis, das wir etwas tiefer kommen. Dunkelgrün der Bereich bis 5 kW, Hellgrün der Bereich bis 9 kW

Anlagenschema (work in progress)

Hier die erste Idee zum Anlagenschema. Ohne WP-Nutzung für Warmwasser, d.h. Warmwasser würde über Solar oder Gas erzeugt.