Anlage lowEnergy: Unterschied zwischen den Versionen
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Wenn der Wasserinhalt eines Speichers mit geringstmöglichen Temperaturen ausreichen würde, um hygienisch Einwandfrei und zudem mit einer Wärmepumpe auch noch recht effizient warmes Trinkwasser bereiten zu können, wäre das langfristig ein gute "Mittelweg". | Wenn der Wasserinhalt eines Speichers mit geringstmöglichen Temperaturen ausreichen würde, um hygienisch Einwandfrei und zudem mit einer Wärmepumpe auch noch recht effizient warmes Trinkwasser bereiten zu können, wäre das langfristig ein gute "Mittelweg". | ||
| − | Erste Ansätze zu meinen Überlegungen resultieren aus den Angaben der Speicherhersteller Zeeh und Hellmann, sowie | + | Erste Ansätze zu meinen Überlegungen resultieren aus den Angaben der Speicherhersteller Zeeh und Hellmann, die mit maximal +42 Grad Puffertemperatur auskommen, sowie vom geschriebenen des Unternehmens Lupi-Solar, welches eine Frischwasserstation im Lieferprogramm hat, die schon mit +43°C auf der Primärseite eine Trinkwassertemperatur von +40°C mit bis zu 13 l/min leistet. |
Da die Räumlichkeiten bei unserem Haus etwas "schwierig" verknüpft sind, möchte ich eine Kombination aus Hygienspeicher und Frischwasserstation "basteln", die auf niedrigstem Temperaturniveau funktioniert und zudem mit dem Fernwärmenetzanschluss harmoniert. | Da die Räumlichkeiten bei unserem Haus etwas "schwierig" verknüpft sind, möchte ich eine Kombination aus Hygienspeicher und Frischwasserstation "basteln", die auf niedrigstem Temperaturniveau funktioniert und zudem mit dem Fernwärmenetzanschluss harmoniert. | ||
Version vom 13. Juni 2015, 09:12 Uhr
Japanische High-Tech-Maschine & Fernwärmenetz
Das Gebäude
Für das freistehende Einfamilienhaus aus Bj.2000, welches auf 3 Etagen ca. 250 qm beheizte Wohnfläche hat, werden je nach klimatischen Bedingungen (Norm-Außentemperatur ist -14°C) insgesamt 13.000 bis 18.000 kWh Wärmeenergie für die Raumbeheizung pro Heizjahr benötigt. Die elektrische WW-Bereitung ist von der Raumbeheizung entkoppelt, weil nur ein verhältnismäßig geringer und zudem sehr unregelmäßiger Bedarf besteht.
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, wodurch die in 2001 ermittelten 16 kW Heizleistung nachvollziehbar sind. 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 Anschlussleistung.
Da der Kaminofen ab dem Jahreswechsel 2014/2015 aus gesundheitlichen Gründen nicht mehr betrieben werden soll, wird die Anschlussleistung des Fernwärmenetzes definitiv höher werden und dadurch erhöhen sich automatisch die Kosten der Fernwärmenetzversorgung. Diese Kostensteigerung soll durch den bivalent parallelen Einsatz der LWP "gedeckelt" werden. Denn mit dem 5 kW-Monoblock ist die zusätzliche Nutzung der Energie aus dem Fernwärmenetz erst um etwa +4 Grad Außentemperatur erforderlich.
Geplante Verbesserungen am Gebäude
- Dämmung der Wand- bzw. Deckenflächen zu unbeheiztem Raum
- Installation von zusätzlichen Gebläseradiatoren im Erdgeschoß
- Dämmung der auskragenden Betonbalkonplatte des Erdgeschoßes
- Sobald der Kaminofen entfallen ist, soll der Schornsteinkopf auf dem Dach abgetragen werden. Dann wird die Bodenluke der Einschubtreppe verschlossen und es soll eine zusätzliche Zellulose-Dämmung auf der obersten Geschoßdecke ausgeführt werden. (Die Kehlbalkendecke ist aktuell "nur" mit 180mm Mineralwolle (WLG040) gedämmt)
Grundriss Kellergeschoß
Grundriss Erdgeschoß
Grundriss Dachgeschoß
Hydraulische Besonderheiten
Um die vorhandene Wärmeverteilung etwas "tauglicher" für die Wärmepumpe zu machen, sind die parallel verschalteten Heizkreise in eine "Reihenschaltung" umgebaut worden. Dadurch ist die Spreizung zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur etwas größer ... der den Volumenstrom beeinflussende Druckverlußt im Gesamtsystem zudem etwas geringer geworden.
Alle Heizkreise werden ohne eigene Regelung betrieben. An den Heizkörpern ist kein Thermostatventil verbaut und die Fußbodenheizungskreise sind ohne Einzelraumreglung. Die Temperaturstabilisierung in den Räumen funktioniert einzig durch die feinjustierte Vorlauftemperaturkennlinie, die witterungsgeführt moduliert wird, sowie durch den perfekten hydraulischen Abgleich des Gesamtsystems.
Vorheizkreis
Im "Vorheizkreis" sind die gesamten Heizkörper des Hauses sowie die Bodenheizflächen der "Nassräume" integriert.
Fußbodenheizfläche des "Vorheizkreises" ... Dusche/WC im Keller (Rohbau 1999)
Hahnblock mit Überströmventil am Heizkörper ... die Stellung der Absperrung ist 3 x Durchgang
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"
Heizkörper mit voreinstellbarem Ventil (Einregulierung des Volumenstroms)
Nachheizkreis
Die etwa 90 qm Fußbodenheizung des Wohnbereichs im Erdgeschoss sind dem "Vorheizkreis" nachgeschaltet.
Teilansicht der "nachgeschalteten" Fußbodenheizung im Erdgeschoß (Rohbau 1999)
Heizkreisverteiler des Nachheizkreises im Erdgeschoß
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Durch die Überströmvorrichtungen an allen Heizkörpern (Außer den beiden Hühnerleitern) funktioniert die Hydraulik mit der nachgeschalteten 90 m² FBH sehr gut ... das Heizkreisvorlaufwasser, welches nicht durch den Heizkörper fließt, strömt direkt weiter in den Rücklauf vom Vorheizkreis und ist damit wiederum der Vorlauf für den Nachheizkreis.
Dadurch ist der FBH-VL fast konsequent 2 bis 3 Kelvin geringer als der Vorlauf direkt von der Pana.
Mit dieser hydraulischen Reihenschaltung gelingt die Beheizung des Hauses bis zur Normaußentemperatur (-14 Grad AT) mit einer Vorlauftemperatur von maximal +35°C (VLT EG-FbH ca. +32°C). Um das gewünschte Temperaturniveau der Räume während der "Übergangszeit" zu halten, sind ab +16 Grad (Heizgrenze) bis +14 Grad Außentemperatur nur maximal +25°C (EG-FbH ca. +22°C) Vorlauftemperatur ausreichend.
Parametrierung des bivalenten Systems
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 von interner Umwälzpumpe sowie dem Verdampferlüfter, kann der kleine vollmodulierende 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!!!
Energiedatenauswertung
Insgesamt sind im "milden Heizjahr" 2014 etwa 12.700 kWh (inkl. Kaminofen) für die Beheizung des Hauses erforderlich gewesen. In der 1. Hälfte der Heizperiode, als die LWWP noch nicht im System installiert war, mußte der 7 kW Kaminofen noch mehrfach in Betrieb gehen ... in der 2. Hälfte der Heizperiode 2014 war das Anfeuern des Ofens nur noch einmal mit einigen Buchenscheiten nötig, weil die Parametrierung der Pana und der hydraulische Abgleich des Gesamtsystems noch nicht 100%tig zusammen passte. Mit dem Kaminofen wurden in 2014 insgesamt etwa 2050 kWh Wärme ins Haus eingebracht. (1,5 Ster Brennholz)
Für die mit der Pana "erzeugten" 3321 Wärme-kWh´s sind 189,65€ Stromkosten fällig ... die 7333 Fernwärme-kWh´s mit 1026,62€ und das Kaminholz mit 75€ (inkl. Fegegebühr Schornstein) dazu gerechnet ... kosten die 12.700 kWh aus 2014 "all inclusiv" genau 1291,27€.
Die insgesamt in 2014 ins Haus "geflossen" 12,7 MWh Wärme hätten rund 1780€ gekostet, wenn ausschließlich mit der Energie aus dem Fernwärmenetz, ohne den Kaminofen und ohne die Pana, geheizt worden wäre. Weitere Mehrkosten die durch eine höhere Anschlußleistung am Fernwärmenetz entstehen, da ohne den Kaminofenbetrieb ganz sicher mehr als 6 kW Heizleistung erforderlich sind, wurden noch nicht berücksichtigt.
Arbeitszahlensammlung
Die Arbeitszahlen der Anlage sind / werden in der Wärmepumpen-Verbrauchsdatenbank eingetragen!
Zählerstände
| Abgelesen am:
Datum (Uhrzeit) |
Wärmezähler der
WH-MDC05F3E5 |
Stromzähler der
gesamten Heizung |
Wärmezähler des
Fernwärmenetzes |
Heizbetrieb Kaminofen seit
vorherigem Ablesedatum |
| 31. Mai 2015 (14:00 Uhr) | 57884 kWh | 2403 kWh | 40817 kWh | 0 Stunden |
| 30. April 2015 (7:00 Uhr) | 57391 kWh | 2321 kWh | 40817 kWh | 0 Stunden |
| 31. März 2015 (7:00 Uhr) | 56258 kWh | 1861,0 kWh | 40667 kWh | 0 Stunden |
| 28. Februar 2015 (12:00 Uhr) | 54397 kWh | 1699,5 kWh | 40389 kWh | 0 Stunden |
| 31. Januar 2015 (12:00 Uhr) | 52333 kWh | 1213,0 kWh | 39677 kWh | 0 Stunden |
| 31. Dezember 2014 (12:00 Uhr) | 50185 kWh | 718,9 kWh | 38694 kWh | 0 Stunden |
| 30. November 2014 (12:00 Uhr) | 48569 kWh | 334,6 kWh | 37474 kWh | 1x ca. 3 Stunden (2 Brennraumfüllungen) |
| 31. Oktober 2014 (12:00 Uhr) | 47034 kWh | 33,1 kWh | 37474 kWh | 0 Stunden |
| 27. Oktober 2014 (12:00 Uhr) | 46864 kWh | 2,3 kWh | 37434 kWh | (Tag der Pana-Inbetriebnahme) |
Vermutlich sind die Daten vom Ultraheat xS Wärmezähler seit April 2015 nicht mehr stimmig!!!
Die 1133 Wärme-kWh's sind definitiv nicht die insgesamt von der Pana mit 460 kWh Strom ins Haus gepumpte Wärmemenge ...
es sind mindestens 1800 bis 2000 kWh im April von der Luft-Wasser-Wärmepumpe in den Hausheizkreis gefördert worden ...
... daher wird der alte Wärmezähler demnächst Platz für eine neuen machen müssen!
Nachjustierungen der Parametrierung
Veränderung der Einstellung für die Vorlauftemperaturregelung der Pana am 03. Februar 2015:
- "Höchste Vorlauftemperatur" (H²O lo out = +32 Grad) bei "tiefster Außentemperaturemperatur" (temp out lo = 0 Grad).
- Sollwertverschiebung in der Zeit von abends 20:00 Uhr bis morgens 10:00 ist von -3 auf -2 reduziert.
- Rücklauftemperaturbegrenzung (RTL-Ventil) im primären Fernwärmekreis auf maximal +30°C eingestellt.
Niedertemperatur-Warmwasser-Bereitung
Speicherverluste sind, außer mit einem elekrischem Durchlauferhitzer, bei der WW-Bereitung kaum zu vermeiden. Da aber die direktelektrische Erwärmung bei höherem Warmwasserbedarf zu kostenintensiv ist, möchte ich im Lauf der Zeit diese Art der Warmwasserbereitung abschaffen.
Dazu gehen die Gedanken in folgende Richtung:
Wenn der Wasserinhalt eines Speichers mit geringstmöglichen Temperaturen ausreichen würde, um hygienisch Einwandfrei und zudem mit einer Wärmepumpe auch noch recht effizient warmes Trinkwasser bereiten zu können, wäre das langfristig ein gute "Mittelweg".
Erste Ansätze zu meinen Überlegungen resultieren aus den Angaben der Speicherhersteller Zeeh und Hellmann, die mit maximal +42 Grad Puffertemperatur auskommen, sowie vom geschriebenen des Unternehmens Lupi-Solar, welches eine Frischwasserstation im Lieferprogramm hat, die schon mit +43°C auf der Primärseite eine Trinkwassertemperatur von +40°C mit bis zu 13 l/min leistet.
Da die Räumlichkeiten bei unserem Haus etwas "schwierig" verknüpft sind, möchte ich eine Kombination aus Hygienspeicher und Frischwasserstation "basteln", die auf niedrigstem Temperaturniveau funktioniert und zudem mit dem Fernwärmenetzanschluss harmoniert. Zusätzlich möchte ich innerhalb des Hauses die vorhandene ehemalige Zirkulationsleitung (Kupferrohr 15x1mm) nutzen, die vom Haustechnikraum bis zum Bad im Dachgeschoss verlegt wurde, um eine sofortige WW-Bereitstellung bei Bedarf zu sichern.
Erste Planungsgedanken
Behälter (Kellerspeicher): PE-Tank 500 Liter, Mineralwolle gedämmt
Friwa-Wärmetauscher (Rohr in Rohr wie beim Zeeh-Speicher): Hülle = PE-HD Rohr 25 x 2 mm Tauscherrohr = 15 x 1 mm Kupferrohr (weich, Rollenware)
Warum Kupfer und nicht Edelstahlwellrohr: Die Wärmeleitfähigkeit - ausgedrückt durch die Wärmeleitzahl (λ) in Watt pro Meter mal Kelvin (W/mK) - beschreibt das Vermögen eines Baustoffes, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren. Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl: 15 W/mK ... von Kupfer: > 380 W/mK