Wärmepumpe im Altbau
Das Objekt ist durchaus typisch für die aktuellen Anforderungen im Zuge der Umstellung des Gebäudebestands auf Heizung und Warmwasserbereitung durch erneuerbare Energien mittels Wärmepumpe: Ein Vierkanthof mit 5 unterschiedlichen Nutzungseinheiten - Baumeisterbüro, Hauptwohnung und 3 kleinere Einliegerwohnungen.
Ein Fischteich dient als Wärmequelle, erschlossen mit eingeschwommenen Ringgrabenkollektoren am Grund des Teichs. Mit einer modulierenden 30 kW Wärmepumpe werden Heizung, Kühlung und Warmwasser abgedeckt.
"Wärmepumpen lieben die direkte Heizkreisbeladung"
"Wärmepumpen sind technologisch gesehen high-flow Systeme, sie ersetzen Übertemperatur durch Volumenstrom. Dafür wollen sie jedoch nicht auf höhere Temperaturen als unbedingt nötig drücken. Jedes Kelvin mehr zwischen Quelle und Senke kostet 2,5% Effizienz, bei 10K Überhöhung also bereits rund 25%", erklärt Ing. Arne Komposch von wp-plus.
Die hydraulische Herausforderung ist bei mehreren unabhängigen, gemischten Kreisen der Wärmepumpe jederzeit ihren benötigten Mindestvolumenstrom sicherzustellen. Die einfache Variante, jedoch zu Lasten der Effizienz, ist hier die hydraulische Entkopplung durch den parallel angebundenen Pufferspeicher. Dies kam aus den genannten Gründen nicht in Frage und so kam die TA Regelung ins Spiel: Der Heizkreis mit der höchsten Anforderung gibt der Wärmepumpe die Heizkurve vor. Er wird vom Regler mit stets voll offenem Mischer gleitend angefahren, der Mindestvolumenstrom ist somit gesichert, die direkte Heizkreisbeladung von der Wärmepumpe in die Wärmesenke wird ermöglicht, es gibt keinen Bypass des warmen Vorlaufs an der Wärmesenke vorbei.
Der besondere Clou von Regelung & Hydraulik liegt hier darin, dass je nach künftiger serieller Sanierung oder geändertem Nutzerverhalten, dieser gleitende Führungskreis frei wechseln kann, ohne den Regler neu parametrieren zu müssen.
Ein konkretes Beispiel
Von den 5 Kreisen sind bereits 4 mit Flächenheizung im Zuge früherer Sanierungen ausgerüstet worden, der fünfte besitzt noch Heizkörper. Aktuell gibt er daher die Vorlaufanforderung an die Wärmepumpe. Wenn jetzt in naher oder ferner Zukunft auch diese Wohnung saniert und auf Flächenheizung umgestellt wird, sinkt automatisch die Anforderung/Heizkurve dieses Heizkreises und ein anderer wird wahrscheinlich darüber liegen. Der Regler steuert dann automatisch diesen als gleitenden Kreis mit voll geöffnetem Mischer an. Eine künftige Sanierung der letzten Wohnung mit Heizkörpern oder ein geändertes Nutzerverhalten in einer der anderen Wohnungen wird also automatisch vom Regler abgebildet - ohne jedweden zusätzlichen Eingriff oder Parametrieraufwand.
Da die 30kW Sole/Wasser-Wärmepumpe hier gleitend auf einen eher kleinen Heizkörperkreis der unsanierten Einliegerwohnung fährt, ist in den Rücklauf ein kleiner Reihenspeicher zur Volumenserweiterung eingeschliffen. Dieser erhöht bloß die aktive Wassermenge im Heizkreis und hat keine Durchmischungen zur Folge. Er vergrößert die Wärmekapazität auf die die Wärmepumpe wirken kann. Im Warmwasser-Ladebetrieb wird dieser Reihenspeicher per 3-Wegeventil umgangen.
Die TA Regelung wird hier nicht nur zur Regelung der Anlage, sondern auch zur Visualisierung, dem Monitoring und der Fernwartung genutzt. Solch komplexe Systeme erfordern anfangs immer ein Begleiten des Betriebs über die reine Inbetriebnahme hinaus – Monitoring und Optimierung im ersten Winter sind hier als Standardpaket zu sehen.
Die bedarfsoptimierte Anforderung an die Wärmepumpe erfolgt über das Energieintegral der zeitlichen Veränderung der Temperaturdifferenz zwischen Soll- und Istwert (Gradminutenregelung - Energiebilanz). Der gleitend freigegebene Leistungsbereich der Wärmepumpe wird über die erforderliche Heizlast nach aktueller Außentemperatur dargestellt (Gebäudekennlinie). Innerhalb dieses Vorregelbereichs erfolgt die Leistungsanpassung über einen PID-Regler und liefert den Sollwert für die Verdichter Frequenz.
Den beiden Hauptnutzungseinheiten ist jeweils ein dezentraler Warmwasserspeicher zugeordnet. Dieser ist als Frischwasserstation ausgeführt. Die Wärme wird im Speicher als Heizwasser bevorratet, während des Zapfens von heißem Trinkwasser wird per Plattentauscher die Wärme im Durchlaufprinzip auf das kalte Trinkwasser übergeben.
Die Kommunikation zur Wärmepumpe erfolgt über den Modbus der TA Regelung. Zur komfortablen Anlagenüberwachung, Fernbedienung, Datenlogging und Visualisierung aller Reglerinstanzen dient das CMI.
Die Wärmemengenerfassung und Energiekostenberechnung erfolgt getrennt für beide Haupteinheiten. Energiemenge (thermisch und elektrisch), Momentanleistung (thermisch und elektrisch), Wirkungsgrad, Jahresarbeitszahl werden live visualisiert. Durch Eingabe des aktuellen Strompreises werden auch die aktuellen Jahresenergiekosten angezeigt.
Durch die Nutzung des Ringgrabenkollektors als von der aktuellen Temperatur unabhängige Speicherquelle ist eine sektorgekoppelte Betriebsweise – Im Kernwinter netzgeführt, von Frühjahr bis Herbst PV-eigenverbrauchsgeführt - künftig möglich und vorgesehen.
Ausführendes Unternehmen:
RGK e.U.
Ing. Arne Komposch
Radgrabenstraße 4
4611 Buchkirchen
Österreich
https://www.ringgrabenkollektor.at
