Intelligente Regelung für den wirtschaftlichen Betrieb

Praxis
Wärmepumpen
Bilder (4): Mitsubishi Electric
Die Obergeschosswohnung in diesem
vorbildlich sanierten
Altbau in Verden an
der Aller wird mit
einem Ecodan-System
beheizt.
Konventionelle Wärmeerzeuger sinnvoll integrieren:
Intelligente Regelung für den
wirtschaftlichen Betrieb
In der technischen Gebäudeausrüstung haben die Modernisierung und Sanierung bestehender Gebäude
einen ebenso großen Stellenwert wie die Ausstattung von Neubauprojekten. Um dabei einen alten Wärmeerzeuger weiterhin nutzen und in das neue Anlagenkonzept einbeziehen zu können, bedarf es einer
Regelungstechnik, die den speziellen Anforderungen gerecht werden kann. Eine derartige Lösung bietet
das Ecodan-Wärmepumpen-System.
Ä
ltere technische Anlagen sind im
Hinblick auf den Energieverbrauch in aller Regel weniger effizient als aktuelle Systeme. Bei der Erneuerung der Wärmetechnik von Bestandsgebäuden hat sich beispielsweise
die Installation einer Luft-Wasser-Wärmepumpe vielfach als wirtschaftlichere
Alternative zu konventioneller Wärmeerzeugung herausgestellt. In Verden
an der Aller wurde vor kurzem ein sanierter Altbau mit einem Luft-Wärmepumpensystem ausgestattet, das einen
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Teil des Gebäudes mit Raumwärme und
Warmwasser versorgt. Das vorhandene
Gas-Brennwertgerät konnte dabei in die
neue Anlage eingebunden werden. „Wir
wollten mit der Wärmepumpe energieeffizient und umweltschonend heizen sowie gleichzeitig den vorhandenen Wärmeerzeuger weiter nutzen“, erklärt Marc
Austen, der als Unternehmensleiter der
Thermovite Wärmepumpen GmbH die
Planung und Montage durchgeführt hat.
Neben den einmaligen Investitionskosten spielten bei der Kaufentscheidung
für dieses System auch die langfristigen
Betriebskosten eine wichtige Rolle. Galten Luft-Wärmepumpen vor einigen
Jahren noch als verhältnismäßig unwirtschaftlich, können sie inzwischen
bei den Arbeitszahlen, d. h. beim Verhältnis von zugeführter Strom- zur erhaltenen Wärmeleistung durchaus mit
Systemen konkurrieren, die ihre Energie aus anderen Wärmequellen beziehen. Bei den Investitionskosten sind sie
diesen durch die kostengünstige Erschließung der Wärmequelle Außenluft
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Wärmepumpen
ohnehin überlegen. Herzstücke des installierten Ecodan-Systems von Mitsubishi Electric sind eine Luft-Wasser-Wärmepumpe als Außeneinheit und eine
Hydro-Box als Inneneinheit.
Das neue Heizsystem hat die Aufgabe,
die obere Etage des Gebäudes mit Raumwärme und Warmwasser zu versorgen
und den Energieverbrauch zu minimieren. Das 1911 errichtete Wohnhaus wurde bereits im Jahr 2004 von Grund auf
saniert. Dabei wurde das gesamte Gebäude zusätzlich gedämmt, neu verklinkert
und mit doppelt verglasten Fenstern versehen. Die obere Wohnung hat eine Fläche von rund 120 m² und wird mit klassischen Plattenkonvektoren erwärmt. Der
Vorteil hierbei ist, dass das vorhandene
Verteilungssystem mit dem klassischen
Wärmeträgermedium Wasser nicht ausgetauscht werden musste, sondern unverändert weiter genutzt werden konnte.
Kältemittel als Energieträgermedium
Dies passierte vollkommen unabhängig
davon, dass bei dieser Art der Wärmeerzeugung in den Verbindungsleitungen
zwischen dem Innen- und dem Außengerät ein hocheffizientes Kältemittel als
Energieträgermedium fließt. Diese so
genannte Split-Technologie hat sich
mittlerweile als Standardlösung für LuftWärmepumpen am Markt durchgesetzt.
Die Vorteile der Split-Technologie liegen
unter anderem in der Unabhängigkeit
von Witterungseinflüssen und der Tatsache, dass Geräuschemissionen im Gebäude vermieden werden können. Darüber hinaus war der Platzbedarf im Haus
gering. Das Außenaggregat konnte mit
deutlicher Entfernung von der Inneneinheit aufgestellt werden.
Als Aufstellort für die Hydrobox konnte der alte Heizungsraum im Keller genutzt werden, in dem die Steuerung der
Wärmepumpe und des vorhandenen
Wärmeerzeugers über die Hydrobox erfolgt. Diese gibt die erzeugte Wärme über
einen Wärmeübertrager an einen Speicher zur Trinkwassererwärmung sowie
einen Heizungs-Pufferspeicher ab. Um
den komfortablen und Energie sparenden Betrieb sicher zu stellen, beinhaltet
die Hydrobox zudem eine witterungsgeführte Regelung und verfügt über eine
Vorrangschaltung für die Trinkwassererwärmung. Hydraulisch ist in der Hydrobox noch eine hocheffiziente Umwälzpumpe der Energieeffizienzklasse A eingebaut. In diesem Objekt verfügen die
Ecodan-Wärmepumpe und das HydroModul nicht über eine Kühlfunktion.
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Marc Austen, Kälteanlagenbauermeister und
Hauseigentümer ist von der Wirtschaftlichkeit des neuen Ecodan-Systems überzeugt.
Die kompakte Hydrobox und die beiden Speichersysteme wurden platzsparend im alten
Heizungskeller untergebracht.
Grundsätzlich können die Wärmepumpen aber auch zur Kühlfunktion genutzt
werden. Dafür ist dann die reversible
Hydrobox erforderlich, die den Wärmeübertragungsprozess auch in umgekehrter Form zum Kühlen durchführen kann.
schont durch die Energieeinsparung
auch noch Geldbeutel und Umwelt.
Einen wesentlichen Beitrag leisten
hierzu die Bauart und das Funktionsprinzip des Kompressors, der als Herzstück der Wärmepumpe besondere
Aufmerksamkeit verdient. Mit dem
Kompressor steht und fällt die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe. Das
eingesetzte System hat einen speziell
für den Einsatz in der Gebäudeheizung
entwickelten Kompressor mit Power
Inverter Technologie. Die Power Inverter Technologie gewährleistet statt eines
reinen On/Off-Betriebs mit entweder 0
oder 100 % Leistung eine modulierende Leistungsabgabe, wie sie sich auch
bei anderen modernen Wärmeerzeugern als Standard etabliert hat.
Regelung integriert Wärmeerzeuger
„Überzeugend ist bei diesem System vor
allem das abgestimmte Zusammenspiel
der einzelnen Anlagenkomponenten“,
so Austen. Als besonders praktikabel erweist sich in diesem Zusammenhang der
neue FTC-4-Regler, der das vorhandene
Gas-Brennwertgerät in das Komplettsystem einbindet. Über einen Bivalenzpunkt lässt sich wahlweise eine Effizienz- oder eine CO2-Emissionssteuerung
einschalten. Bei der Effizienzsteuerung,
die hier gewählt wurde, sind die entsprechenden Energiepreise hinterlegt
worden. Der Regler entscheidet dann,
wann es wirtschaftlicher ist, statt der
Wärmepumpe das konventionelle GasBrennwertgerät in Betrieb zu nehmen.
Darüber hinaus ist das Außengerät
mit einer Abrechnungsoption ausgestattet. Da die beiden Wohneinheiten
im Gebäude hinsichtlich Größe und
Wärmebedarf nahezu identisch sind,
konnte im direkten Vergleich der beiden Systeme eine Einsparung von rund
25 % gegenüber der Wärmeerzeugung
ausschließlich mit der klassischen GasZentralheizung ermittelt werden. Dadurch erwies sich die Unterstützung der
alten Heizungsanlage durch die hocheffiziente Luft-Wasser-Wärmepumpe als
besonders vorteilhaft für den Nutzer.
Dieser ist jetzt nicht nur unabhängiger
von fossilen Brennstoffen, sondern
Wirtschaftlichkeit bereits erreichbar
Damit ist es möglich, die geforderte
Wirtschaftlichkeit der kommenden ErPRichtlinie – besser bekannt als Ökodesign-Richtlinie – auch jetzt schon problemlos zu erreichen. Unterstrichen wird
dies durch die technischen Leistungskennzahlen des Gesamtsystems: Die installierte Wärmepumpe erreicht am optimalen Betriebspunkt einen COP (Coeffizient of Performance) von bis zu 4,2.
Mit 1 kW elektrischer Leistung kann
demnach 4,2 kW Wärmeleistung erzeugt werden. Das Gerät kommt dabei
ohne einen – bei vielen Herstellern obligatorischen – zusätzlichen elektrischen
Heizstab aus und deckt ein Einsatzspektrum von - 20 °C bis + 35 °C bei einer
Vorlauftemperatur von bis zu 55 °C ab.
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