Anlage lowEnergy: Unterschied zwischen den Versionen
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'''Einzige Umwälzpumpe in der gesamten Wärmeverteilung ist die im Wärmepumpenmonoblock integrierte Hocheffizienzpumpe.''' | '''Einzige Umwälzpumpe in der gesamten Wärmeverteilung ist die im Wärmepumpenmonoblock integrierte Hocheffizienzpumpe.''' | ||
| − | Bei Standbybetrieb (Schnüffelmode oder Heizen nur mit Fernwärmenetz) sind mit Stufe 2 (von 7) bei einer Stromaufnahme von ca. 27 Watt (inkl. der elektr. Steuerung des Gesamtsystems) ausschließlich mit der im Monoblock verbauten HE-Umwälzpumpe pro Stunde etwa | + | Bei Standbybetrieb (Schnüffelmode oder Heizen nur mit Fernwärmenetz) sind mit Stufe 2 (von 7) bei einer Stromaufnahme von ca. 27 Watt (inkl. der elektr. Steuerung des Gesamtsystems) ausschließlich mit der im Monoblock verbauten HE-Umwälzpumpe pro Stunde etwa 670 Liter Heizkreiswasser pro Stunde in der Gesamthydraulik der Wärmeverteilung im Umlauf. |
| − | Im Geisha-Heizbetrieb zirkulieren mit der HEP auf Stufe 2 | + | Im Geisha-Heizbetrieb zirkulieren mit der HEP auf Stufe 2 rund 1000 Liter pro Stunde und während der mehrminütigen bedarfsgerechten Abtaubetriebe des Verdampfers sind bis zu 0,42 Liter Heizkreiswasser pro Sekunde im System unterwegs. |
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Version vom 9. September 2017, 09:25 Uhr
Japanische High-Tech-Maschine & Wärmenetz
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Konzept / Kurzinfo
Ab der Heizgrenztemperatur (+16°C) ist der heizstablose Wärmepumpenmonoblock allein für die Raumtemperierung zuständig und leistet die Heizarbeit, die per Timerprogramm aus Effizienzgründen in den warmen Tagesstunden stattfindet, modulierend mit einer thermischen Leistung von etwa 1,8 bis 5,8 kW.
Die Parameter der Heizkennlinie dieser Wärmepumpe sind so eingestellt, dass durch die (u. a. per Smartphone von überall) bedarfsgerecht und variabel programmierbaren Sollwertverschiebungen in Kombination mit den beiden fix justierten IH-Timern (10 und 21 Uhr) funzen, um die Heizwassertemperaturen entsprechend der Außentemperatur minimal +22 Grad und maximal +32 Grad erreichen zu lassen.
Da der 5kW-Monoblock die Heizlast des Gebäudes nicht alleine stemmen kann, aber die Heizkosten mit der Wärmepumpe im Mittel etwa 0,09€/kWhth günstiger als die Fernwärme sind, fungiert die Panasonic WH-MDC05f3e5 in dieser bivalenten Anlage auch unter +6°C AT parallel zum FW-Energieeintrag.
Hydraulisch gesehen ist der Monoblock in Reihe als "Rücklaufanhebung" des Hausheizkreises vorm Plattenwärmetauscher des Fernwärmenetzes integriert.
Der manuelle 1" Mischer (DN25) im Hausheizkreis ist in Mittelstellung mechanisch fixiert, um den Volumenstrom im Vorlauf der Geisha auch für die Zuheizung per Fernwärmenetz in ausreichender Menge über den Plattenwärmetauscher zirkulieren zu lassen.
Heizlast und Wärmebedarf
Für das freistehende Einfamilienhaus aus Bj.2000, welches auf 3 Etagen ca. 250 qm beheizte Wohnfläche hat, wurden je nach klimatischen Bedingungen (Norm-Außentemperatur ist -14°C) insgesamt meist weniger als 20.000 kWh Wärmeenergie für die Raumbeheizung pro Heizjahr benötigt.
Grundriss Kellergeschoß
Grundriss Erdgeschoß
Grundriss Dachgeschoß
Da die Wärmeversorgung der Zentralbeheizung des Hauses seit Bezug aus dem Fernwärmenetz gedeckt wird, war die real erforderliche Heizlast mit dem vorhandenen Wärmezähler in der Praxis gut zu ermitteln. Die in den bislang vergangenen 13 Heizperioden höchste Gesamtheizlast des Gebäudes wurde im ersten Jahr nach Bezug (2001) ermittelt. Damals war das WdVs noch nicht vorhanden und die in 2001 ermittelten 16 kW Heizleistung dadurch nachvollziehbar. In den nachfolgenden Jahren waren es, mit dem montierten WdVs und mit dem sehr regelmäßigig genutztem luftgeführten 7 kW Kaminofen im Wohnzimmer, kaum über 6 kW Abnahmeleistung aus dem Fernwärmenetz.
Da der Kaminofen ab dem Jahreswechsel 2014/2015 aus gesundheitlichen Gründen nicht mehr betrieben werden soll, wird die Anschlussleistung des Fernwärmenetzes definitiv höher werden, vermutlich etwa 10 kW, wodurch sich automatisch die Kosten der Fernwärmenetzversorgung erhöhen. Diese Kostensteigerung soll durch den bivalent parallelen Einsatz der LWP "gedeckelt" werden. Denn mit dem 5 kW-Monoblock wird im bivalent parallelem Betrieb die Energie aus dem Fernwärmenetz erst ab dem Bivalenzpunkt von +6 Grad Außentemperatur zugeschaltet.
Warmwasserbereitung
Die WW-Bereitung ist von der Raumbeheizung entkoppelt, weil nur ein verhältnismäßig geringer und zudem sehr unregelmäßiger Bedarf besteht. (Handabwasch von "Großgeschirr" ... für zwei Personen die tägliche Dusche ... ab und zu ein Wannenbad)
Ein vollelektronischer 27 kW Durchlauferhitzer ist dafür, ziemlich zentral am Warmwasserverteilungsnetz, im Unterschrank der Küchenspüle im EG platziert, mit dem die gesamte WW-Bereitung hygienisch Einwandfrei und zugleich immer bedarfsgerecht erfolgt.
Bei Normalbetrieb reichen +42 °C Austrittstemperatur und die Leistung des DLE's dabei auch für die zeitgleiche Nutzung der beiden Duschen in KG und DG, derer Thermostatarmaturen jeweils ca. sieben WW-Rohleitungsmeter vom "(de)zentralen" Montageort des WW-Bereiters entfernt sind.
Für einen Abwasch von Pfannen oder Töpfen in der Küchenspüle wäre die Temperatur am Drehregler des DLE´s spielend leicht bis auf +60 Grad hochzuregeln ... aber +46°C sind meist völlig ausreichend. Zudem ist durch die Platzierung im Spülenunterschrank das warme Wasser innerhalb weniger Sekunden an der Armartur.
Um die Badewanne füllen zu können, sollte die Auslasstemperatur des DLE's vorher auf +47 bis +48°C hochgegestellt werden. Denn bei der "Normaltemperatur" von nur +42°C dauert es sonst entsprechend länger, bis die Wanne über die etwa 4 Rohrleitungsmeter vom DLE entfernte Armatur gefüllt ist.
Je nach Wassereintrittstemperatur (kann im Sommer bis zu +20°C sein) heizt der DLE zum Teil nicht einmal mit 50% Leistung (ca. 13,5 KW) um die jeweilige Wunschtemperatur zu erreichen ... der Wasserdruck / die Wasserdurchflussmenge steht dabei der Kaltwasserseite in nichts nach.
Pro Jahr benötigt diese Art der WW-Bereitung hier im Schnitt etwa um 1000 kWh des 100% Co2-freien Wasserstroms.
Nachtrag (23.10.2016): Die Soll-Temperatur am DLH ist seit etwa Mitte März aus Bequemlichkeit auf +48°C fixiert ... hatte einfach keine Lust mehr zum Umstellen des DLH's immer wieder in den Schrank zu kriechen! Mit dieser Einstellung ist nach bisherigen Messungen kein höherer Stromverbrauch zu erkennen ... mit den Thermostatarmaturen ist's beim Duschen zudem sehr Komfortabel ... beim Abwasch im Küchenspülbecken ist der WAF nur 1x dunkelrot gewesen ... die Hände ebenfalls! .>)
Stromaufnahme des Gesamtsystems
Hydraulische Besonderheiten
Die seit Neubau in 1999 vorhandenen und parallel verschalteten Heizkreise sind im Oktober 2014 in eine etwas spezielle "Reihenschaltung" umgebaut worden, die nun in Mai 2017 noch weiter optimiert wurde, um die Wärmepumpe möglichst effizient betreiben zu können.
Alle Einzelheizkreise werden seit 2014 ohne eigene Regelung betrieben.
An den Heizkörpern ist kein Thermostat verbaut und die Fußbodenheizungskreise sind zudem ohne Einzelraumreglung.
Die Temperaturstabilisierung in den Räumen funktioniert einzig durch die feinjustierte Vorlauftemperaturkennlinie in Kombination mit dem thermischen Abgleich des Gesamtsystems.
Die Geisha-HEP
Einzige Umwälzpumpe in der gesamten Wärmeverteilung ist die im Wärmepumpenmonoblock integrierte Hocheffizienzpumpe.
Bei Standbybetrieb (Schnüffelmode oder Heizen nur mit Fernwärmenetz) sind mit Stufe 2 (von 7) bei einer Stromaufnahme von ca. 27 Watt (inkl. der elektr. Steuerung des Gesamtsystems) ausschließlich mit der im Monoblock verbauten HE-Umwälzpumpe pro Stunde etwa 670 Liter Heizkreiswasser pro Stunde in der Gesamthydraulik der Wärmeverteilung im Umlauf.
Im Geisha-Heizbetrieb zirkulieren mit der HEP auf Stufe 2 rund 1000 Liter pro Stunde und während der mehrminütigen bedarfsgerechten Abtaubetriebe des Verdampfers sind bis zu 0,42 Liter Heizkreiswasser pro Sekunde im System unterwegs.
Vorheizkreis
Die insgesamt Elf thermostatlos Betriebenen Heizkörper (1x Typ11, 7x Typ22, 1x Typ33 mit Volumenstromabgleich + zwei ungedrosselte "Hühnerleitern" 175x60mm) sowie die 3 Bodenheizflächen (ungedrosselt und ungeregelt) der "Nassräume" sind hydraulisch parallel an zwei Heizkreisverteilern (KG + DG) angebunden.
Dieser Gesamtsystemteil wird im Vorlauf mit maximal +35°C und minimal +22°C gefahren ... der Rücklauf des Vorheizkreises hat dann 2 bis maximal 3 Kelvin geringere Heizwassertemperaturen.
Der Wärmepumpenvorlauf zirkuliert mit maximal +32°C im Heizungsraum durch den Plattenwärmetauscher der Übergabestation und wird per witterungsgeführt geregeltem Energieeintrag aus dem Fernwärmenetz bedarfsgerecht auf erforderliches Temperaturniveau gehoben.
Per Außentemperatur geführter bivalenter Energieeintrag in den Vorheizkreis
Fußbodenheizfläche des "Vorheizkreises" ... Dusche/WC im Keller (Rohbau 1999)
Komplett offene Rücklaufverschraubung an den "Hühnerleitern"
Hahnblock mit Überströmventil am Heizkörper ... Einstellung 3 x Durchgang
Heizkörper mit voreinstellbarem Ventil (Einregulierung des Volumenstroms)
Ansicht der Anbindung des Heizkörpers von der Seite ... im Hintergrund ist das dünne "VL-Steigrohr" nur schemenhaft zu erkennen
Draufsicht Heizkörper von Oben ... eigentliche Vorlaufanbindung an den Heizkörper per "VL-Steigrohr"
Heizkreisverteiler "Vorheizkreis" im Dachgeschoss (Rohbau 1999) - Die RTL-Ventile sind nicht mehr vorhanden!
Nachheizkreis
Rund 90 qm Fußbodenheizungsfläche ... 6 ungedrosselte Kreise unterschiedlicher Länge Pe-Rohr 17x2mm des Wohnbereichs im Erdgeschoss ... sind dem "Vorheizkreis" nachgeschaltet, um die Rücklauftemperatur aus dem Gesamtsystem zur Wärmepumpe kontinuierlich möglichst gering halten zu können.
Diese wasserführende Wärmeaustauschfläche wird auch an kältesten Tagen aus dem Rücklauf des Vorheizkreises nur mit maximal +32°C warmem Heizkreiswasser am 6-fach Vorlaufverteiler bedient um die vom WAF gewünschte Behaglichkeit im EG zu halten.
Teilansicht der "nachgeschalteten" Fußbodenheizung im Erdgeschoß (Rohbau 1999)
Heizkreisverteiler des Nachheizkreises im Erdgeschoß (bis Mai 2017)
Teilansicht Nachheizkreis Wohnbereich EG (Rohbau 1999)
ΔT in der Gesamtheizkreishydraulik
Durch die Überströmvorrichtungen an den 11 Plattenheizkörpern im Vorheizkreis funktioniert die Gesamthydraulik mit der nachgeschalteten 90 m² FBH sehr gut. Die drei ungedrosselten Bodentemperierungskreise und die beiden Hühnerleitern, die ebenfalls vollen Wasserdurchsatz haben, sind ohne RTL-Ventile o. ä. an den Heizkreisverteilern angebunden. Das Vorheizkreisvorlaufwasser, welches wegen der jeweiligen Voreinstellung nicht durch den Heizkörper fließt, strömt zudem direkt weiter in den Rücklauf vom Vorheizkreis und ist damit wiederum der Vorlauf für den Nachheizkreis (6 ungedrosselte FbH-Kreise im EG).
Dadurch ist der FBH-Vorlauf konsequent um mindestens 2 Kelvin kühler als die Vorlauftemperatur die direkt von der bivalenten Wärmeerzeugung in den Heizkörperkreis im Umlauf ist ... siehe Thermometer des Gesamtheizkreises (Außentemperatur +2±2°C) im Bild:
Aus dem Heizungsraum geht der Vorlauf von der Wärmeerzeugung zum Vorheizkreis in Keller- sowie Dachgeschoss ->
Unteres Thermometer (ca. +32 Grad)
Rücklauf vom Vorheizkreis wird im Heizungsraum wieder zum Vorlauf für die 6 Kreise der Fußbodenheizung im 90 qm Erdgeschoss ->
Mittleres Thermometer (ca. +30 Grad)
Rücklauf vom Nachheizkreis geht nun direkt zur Wärmepumpe ->
Oberes Thermometer (ca. +28 Grad)
Mit dieser hydraulischen Reihenschaltung sind die gewünschten Raumtemperaturen bei konsequenter Beheizung des Hauses auch bei mehreren aufeinanderfolgenden kälteren Tagen sehr gut.
Nach drei Tagen bei -9±3 Grad war z.b. am Morgen des 19. Januars 2016 bei -16 Grad die Vorlauftemperatur mit ziemlich genau +35°C ... die Rücklauftemperatur aus dem Heizkörperkreis als Vorlauftemperatur für die Fußbodenheizung +32°C und die Rücklauftemperatur aus der Fußbodenheizung mit +30°C bei 960 l/h in der Wärmeverteilung ausreichend, um z.b. im Bad im Dachgeschoss die +22 Grad sowie im Wohnzimmer die +21 Grad durchgehend zu halten.
Um das gewünschte Temperaturniveau der Räume während der "Übergangszeit" zu halten, sind ab +15 Grad (Heizgrenze) Außentemperatur nur maximal +24°C (EG-FbH ca. +22°C) Vorlauftemperatur ausreichend.
Effizienz des bivalenten 5 kW Pana-Monoblocks
Mit den hier vor Ort in der Praxis ermittelten Arbeitszahlen (AZ) und durch die vom Wärmezähler (WZ) angezeigte Leistung der kleinen LWP, bin ich absolut überzeugt, daß die Entscheidung zum Erwerb dieser kleinen und recht günstigen Heizmaschine eine meiner besten "Ideen" war ... Dank nochmal an PVmitWP für die vielen Tipps ... :-)
Der Pana Monoblock fungiert neben dem Fernwärmenetz als zweiter Wärmeerzeuger. Darum ist eine "elektrische" Zuheizung mit dem integrierten E-Heizstab garnicht erforderlich. Die beiden elektrischen Verbindungsleitungen zwischen der Pana-Steuerung im Monoblock und dem internen 3 kW Heater sind daher getrennt. Zudem ist keine Zuleitung für den zweiten Stromport (Power Supply 2) erforderlich. Die Wärmepumpe leistet den Heizbetrieb zwischen +16 und -20 Grad Außentemperatur ausschließlich per Verdichter mit dem Kältekreis, wodurch die maximale Stromaufnahme, bei höchstens erforderlicher Vorlauftemperatur von +35°C, wohl kaum über 2000 Watt steigen wird.
Durch den leistungsgeregelten Verdichter im Kältekreis und mit der automatischen Drehzahlsteuerung des Verdampferlüfters, kann der kleine modulierende Monoblock mit einem sehr hoher Effizienzgrad arbeiten. Da die Vorlauftemperaturen im System relativ gering gehalten werden können, leistet die Wärmepumpe hier schon bei Außentemperaturen über +5 Grad eine Arbeitszahl von etwa 5 und steigert diese bis zur Heizgrenze von +16 Grad weiter. Ab ca. +12 Grad im Außenbereich ist schon eine Arbeitszahl von knapp 7 ermittelt.
Heizleistung der WH-MDC05F3E5
Die von Panasonic angegebenen Leistungskennwerte erreicht der kleine 5 kW Monoblock bei mir definitiv ... per WZ sind mehrfach bis zu knapp 6 kW Heizleistung (5,7 bis 5,8 kW) ermittelt worden. Diese Leistung hat die Pana erreicht, obwohl die für die WP-Technik eigentlich nicht unbedingt taugliche hausinterne Hydraulik nur ein Volumenstrom von etwa 830 Liter/Stunde im Heizkreis möglich / nötig war. Zum Zeitpunkt der Messung war die internene Umwälzpumpe (UWP) der Pana zudem "nur" auf Leistungsstufe 2 (von 7) programmiert.
COP bei +12°C Außentemperatur
Kurz nach dem Beginn des Heiztaktes um 14:00 Uhr am 13. November 2014 ist der ermittelte COP nur ganz knapp unter 7 ... die Pana ist also in der Übergangszeit der Heizperiode dem Fernwärmenetz bzgl. des Umweltschutzes definitiv überlegen.
COP bei +9°C Außentemperatur
Mitten in der Heizperiode ... im Januar ... der COP sowie die Tagesarbeitszahl größer 5 mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe!!! Da bedarf es keiner weiteren Worte .<)
AZ bei +2°C Außentemperatur
Bei den beschriebenen Bedingungen benötigte die sehr effiziente Luft-Wasser-Wärmepumpe darum auch z.b. bei einer Außentemperatur von +2 Grad, am 29.11.2014 innerhalb von 6 Stunden "nur" 6,7 kWh Strom, um damit genau 30 kWh thermisch mit einer AZ von 4,48 ins Haus "zu pumpen".
AZ bei 0 Grad Außentemperatur
Während der Nachtabsenkungsphase arbeitet die vollmodulierende Luft-Wasser-Wärmepumpe mit den geänderten Parametern (Siehe dazu auch hier) trotz geringer Spreizung von nur 2 Kelvin mit einer Arbeitszahl von 4,27.
COP bei -8°C Außentemperatur
Auch wenn die Pana bis zum Ende des Jahres eigentlich ruhen sollte, damit die geforderte Wärmemenge des Abnahmezwangs zu erreichen ist, waren die Minus 8 Grad Anreiz genug um mal eine Testfahrt zu machen. .<)
Die ermittelte Momentan-Arbeitszahl am Morgen des 28. Dezembers ist nicht von virtuellen Abtaugewinnen beeinflußt ... zudem enthält diese AZ von 3,27 die Stromaufnahmen aller Bauteile im gesamten Heizsystem!
Also nutzt die kleine japanische Maschine, bei der relativ geringen Lufttemperatur von -8°C, einen beachtlich großen Energieanteil der insgesamt ermittelten Heizleistung von 4,5 kW aus der Umgebung.
Arbeitszahl-Gesamt im Jahr der Inbetriebnahme
Positiver Nebeneffekt des umweltschonenden Heizens mit dem 5 kW Luft-Wasser-Monoblock ist, daß mit der AZ 4,6 und dem aktuellen Preis für die Strom-kWh (26,44ct) die Wärme von der Wärmepumpe "nur" 5,7ct/kWh ... die Energie aus dem Fernwärmenetz dagegen 14ct/kWh kostet!!!
Parametrierung des bivalenten Systems
- ... bis Mitte Januar 2016 (mit witterungsgeführtem Mischer im Hausheizkreis) >> Zur Seite Mark I <<
- ... ab Mitte Januar 2016 (sekundäre Vorlauftemperaturregelung mit Motorventil im primären Rücklauf) >> Zur Seite Mark II <<
Energiedatenauswertung
Bei den ermittelten Arbeitszahlen ist zu Beachten, dass in dieser Berechnung der elektrische Energiebedarf aller in der gesamten Heizungsanlage vorhandenen Verbraucher (inkl. Umwälzpumpe, thermoelektrischem Absperrventil, Digitalthermostat, etc.) enthalten ist! (Sehr gut in Dezember 2015 zu erkennen ... in diesem Monat Beheizung des Hauses fast ausschließlich aus dem Fernwärmenetz ... sehr geringe Wärmeleistung der Geisha ... geteilt durch die insgesamt benötigte elektrische Hilfsenergie ergibt miserable AZ!
- Ein paar weitere Notizen zu den einzelnen Heizperioden hier auf dieser Seite.
Nachträgliche Änderungen
... sind auf einer separaten Seite zu finden ... <<KLICK>> .>)