{"id":210,"date":"2016-02-01T11:52:53","date_gmt":"2016-02-01T10:52:53","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/heizung-lueftung-elektrizitaet\/?p=210"},"modified":"2020-08-28T08:39:13","modified_gmt":"2020-08-28T06:39:13","slug":"2-4-waermepumpen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/heizung-lueftung-elektrizitaet\/2-4-waermepumpen\/","title":{"rendered":"2.4 W\u00e4rmepumpen"},"content":{"rendered":"<h2 class=\"Title-1_sub\"><span class=\"Title_Number\">2.4.1<\/span> Funktionsweise der Kompressions-W\u00e4rmepumpe<\/h2>\n<p class=\"Bodytext\">Eine <a id=\"_idIndexMarker059\"><\/a>W\u00e4rmepumpe ist eine Maschine, welche unter Aufwendung von Arbeit der Umgebung W\u00e4rme ent\u00adzieht und diese dann auf einem h\u00f6heren Tem\u00adpe\u00adra\u00adtur\u00adni\u00adveau zu Heizzwecken wieder abgibt. Die ab\u00adge\u00adge\u00adbe\u00adne Heizw\u00e4rme ist dabei ein Mehrfaches der auf\u00adge\u00adnom\u00adme\u00adnen Arbeit.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Innerhalb der Maschine zirkuliert ein Arbeitsmedium, das K\u00e4ltemittel<a id=\"_idIndexMarker060\"><\/a> (Bild 2.16). Durch Verdampfung des K\u00e4ltemittels wird im Verdampfer bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur der W\u00e4rmequelle (Um\u00adge\u00adbung) W\u00e4rme entzogen. Der dabei entstehende Dampf wird vom Kompressor auf hohen Druck und hohe Temperatur verdichtet und in den Kondensator bef\u00f6rdert. Dort kondensiert das K\u00e4ltemittel und gibt dabei die Nutzw\u00e4rme an den Heizkreis ab. Das fl\u00fcssige K\u00e4ltemittel gelangt nun via Expansionsventil wieder in den Verdampfer.<\/p>\n<p class=\"Bodytext_Space-Top\">Der Betrieb der Maschine wird von zwei Temperaturen in ihrer Umgebung bestimmt:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">der Temperatur der W\u00e4rmeabgabe <span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">v<\/span> und<\/li>\n<li class=\"Item\">der Temperatur der W\u00e4rmequelle <span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">sc,1<\/span>.<\/li>\n<\/ul>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_018.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.16 Prinzipschema und Bilanzgrenze der W\u00e4rmepumpe<\/p>\n<p class=\"Title-2_sub\"><span class=\"Title_Number\">K\u00e4ltemittel<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die K\u00e4ltemittel werden durch ein vorangestelltes \u00abR\u00bb (Refrigerant) und eine Zahl gekennzeichnet, welche die chemische Formel verschl\u00fcsselt. Eine \u00dcbersicht \u00fcber die K\u00e4ltemittel, deren Umwelt- und Sicherheitsaspekte sind in [BAFU4] zu finden.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Vom K\u00e4ltemittel wer\u00adden u.a. fol\u00adgen\u00adde Ei\u00adgen\u00adschaf\u00adten ge\u00adw\u00fcnscht: un\u00adbrenn\u00adbar, ungiftig, nicht korrosiv, umweltvertr\u00e4glich, bei allen Be\u00adtriebs\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen einen \u00dcberdruck auf\u00adwei\u00adsend. Zum Beispiel gen\u00fcgen nachstehende K\u00e4ltemittel diesen Kriterien weitgehend. Angegeben ist auch die Normalsiedetemperatur, bis zu dieser Verdampfungstemperatur hinunter ist die \u00dcberdruckbedingung erf\u00fcllt:<\/p>\n<ul>\n<li>R134a \u201326 \u00b0C (Bild 11.5)<\/li>\n<li>R290 \u201342 \u00b0C, Propan<\/li>\n<li>R407C \u201343 \u00b0C, Gemisch mit ansteigender Temperatur beim Verdampfen (Bild 11.6)<\/li>\n<li>R410A \u201351 \u00b0C, Gemisch<\/li>\n<li>R717 \u201333 \u00b0C, Ammoniak NH<span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">3<\/span><\/li>\n<li>R744 \u201378 \u00b0C, Kohlendioxid CO<span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">2<\/span><\/li>\n<li>R1234yf \u201330 \u00b0C\n<p class=\"Title-1 _idGenParaOverride-1\">\n<\/li>\n<\/ul>\n<h2 class=\"Title-1 _idGenParaOverride-1\"><span class=\"Title_Number\">2.4.2<\/span> Leistungen und Leistungszahlen<\/h2>\n<p class=\"Bodytext\">Um die Eigenschaften von W\u00e4rmepumpen zu verstehen, m\u00fcssen auch die Vorg\u00e4nge innerhalb der Maschine untersucht werden. Dabei ist der Begriff der Enthalpie <span class=\"Italic\">h<\/span> und das p,h-Diagramm<a id=\"_idIndexMarker061\"><\/a> wichtig. Diese werden im Anhang 11.5 erl\u00e4utert.<\/p>\n<p class=\"Title-2_sub\"><span class=\"Title_Number\">Theoretischer Prozess<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Bild 2.17 zeigt den Kreisprozess des K\u00e4ltemittels im p,h-Diagramm mit gleicher Nummerierung wie in Bild 2.16. Der theo\u00adre\u00adti\u00adsche, ver\u00adlust\u00adfreie Pro\u00adzess be\u00adsteht aus fol\u00adgen\u00adden Zu\u00adstand\u00ads\u00e4n\u00adde\u00adrun\u00adgen:<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><strong>1\u20132:<\/strong> Isentrope Verdichtung vom Ver\u00addamp\u00adfungs\u00addruck <span class=\"Italic\">p<\/span><span class=\"Subscript CharOverride-8\">0<\/span> auf den Kondensationsdruck <span class=\"Italic\">p<\/span><span class=\"Subscript CharOverride-8\">C<\/span> (ideale Kompression).<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><strong>2\u20133:<\/strong> Isobare Nutzw\u00e4rmeabgabe im Kondensator. Nach Abk\u00fchlung des \u00fcberhitzten Dampfs auf Siedetemperatur (2&#8243;) erfolgt Kondensation.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><strong>3\u20134:<\/strong> Drosselung von <span class=\"Italic\">p<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">C<\/span> auf <span class=\"Italic\">p<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">0<\/span>. Beim Drosseln bleibt allgemein die Enthalpie <span class=\"Italic\">h<\/span> konstant. Im Nas\u00ads\u00addampf\u00ad\u00adge\u00adbiet ist die Drosselung mit star\u00adker Tem\u00adpe\u00adra\u00adtu\u00adr\u00adab\u00adsen\u00adkung verbunden.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><strong>4\u20131:<\/strong> Isobare Verdampfung durch W\u00e4rmezufuhr aus der Umgebung.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_019.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.17 Theoretischer Prozess im p,h-Diagramm<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Dabei stellen die Enthalpiedifferenzen spezifische Ener\u00adgi\u00aden dar (d.h. pro kg K\u00e4ltemittel):<br \/>\n<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">1<\/span>\u2013<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">4<\/span> W\u00e4rmeaufnahme aus Umgebung<br \/>\n<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">2<\/span>\u2013<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">1<\/span> Verdichtungsarbeit des idealen Kompressors<br \/>\n<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">2<\/span>\u2013<span class=\"Italic\">h<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">3<\/span> W\u00e4rmeabgabe ans Heizsystem<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Realer Prozess<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Abweichungen des wirklichen vom theo\u00adre\u00adti\u00adschen Pro\u00adzess (Bild 2.18):<\/p>\n<ul>\n<li>Reibungsbehafteter Kompressor mit W\u00e4r\u00adme\u00adab\u00adfuhr, d.h. nicht isentrop.<\/li>\n<li class=\"Item\">Unterk\u00fchlung des Kondensats (3&#8242;-3). Eine Rohr\u00adschlan\u00adge k\u00fchlt die Fl\u00fcssigkeit mehrere K unter die Siedetemperatur ab: gr\u00f6ssere Heizleistung.<\/li>\n<li class=\"Item\">\u00dcberhitzung des Dampfs (1&#8243;-1) vor Eintritt in den Kompressor. Damit wird der Gefahr von Fl\u00fcs\u00adsig\u00adkeits\u00adschl\u00e4\u00adgen im Kompressor vorgebeugt. Die \u00dcberhitzung um einige K wird meist mittels eines thermostatischen oder elektronischen Expansionsventils (mit F\u00fch\u00adler am Verdampferaustritt) sichergestellt.<\/li>\n<\/ul>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_020.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-13\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.18 Realer Prozess im p,h-Diagramm<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Leistungszahl<\/span><a id=\"_idIndexMarker062\"><\/a><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die Energiestrombilanz ge\u00adm\u00e4ss Bild 2.16 ergibt<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-16.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Es gilt im Weiteren:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-17.png\" alt=\"\" \/><br \/>\n<img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-18.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Structure_Infotext\"><span class=\"Italic\">\u03a6<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">c<\/span> Heizleistung (Kondensatorleistung) in kW<br \/>\n<span class=\"Italic\">\u03a6<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">0<\/span> K\u00e4lteleistung (Verdampferleistung) in kW<br \/>\n<span class=\"Italic\">P<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">el<\/span> elektrische Leistungsaufnahme in kW<br \/>\n<span class=\"Italic\">q<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">m,R<\/span> Massenstrom K\u00e4ltemittel in kg\/s<br \/>\n<span class=\"Italic\">q<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">m,w<\/span> Massenstrom Senkenmedium (Wasser) in kg\/s<br \/>\n<span class=\"Italic\">q<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">m,sc<\/span> Massenstrom Quellenmedium (Frostschutzgemisch, Luft) in kg\/s<br \/>\n<span class=\"Italic\">c<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">w<\/span> spezifische W\u00e4rmekapazit\u00e4t Senkenmedium in kJ\/kgK<br \/>\n<span class=\"Italic\">c<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">sc<\/span> spezifische W\u00e4rmekapazit\u00e4t Quellenmedium in kJ\/kgK<br \/>\n<span class=\"Italic\">h<\/span> spezifische Enthalpien K\u00e4ltemittel in kJ\/kg<br \/>\n<span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">V<\/span> Vorlauftemperatur (Senkentemperatur) in \u00b0C<br \/>\n<span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">R<\/span> R\u00fccklauftemperatur in \u00b0C<br \/>\n<span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">sc,1<\/span> Quellentemperatur in \u00b0C<br \/>\n<span class=\"Italic\">\u03b8<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">sc,2<\/span> Austrittstemperatur Quellenmedium aus dem Ver\u00addampfer in \u00b0C<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die bilanzierten Leistungen sind Mittelwerte. Die elektrische Leistungsaufnahme umfasst den Kompressormotor sowie das Abtauen, die Regelung und einen Anteil Pumpen<a id=\"_idIndexMarker063\"><\/a>\/Ventilatoren [EN 14511]. Die Leistungszahl gibt an, wie viel mal gr\u00f6sser die Nutz\u00adlei\u00adstung im Heiz\u00adbe\u00adtrieb ist als der ko\u00adsten\u00adpflich\u00adti\u00adge Lei\u00adstung\u00ads\u00adauf\u00adwand:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-19.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die Leistungszahl, auch als \u00abCoefficient of Performance\u00bb (COP) bezeichnet, wird durch Messungen ermittelt. Sie kann neutralen Dokumentationen entnommen werden (Bild 2.19). Die Leistungszahl entspricht in ihrer Aussage dem Kesselwirkungsgrad.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Leistungszahl der Idealmaschine<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die Leistungszahl der idealen WP zwischen den Tem\u00adpe\u00adra\u00adtu\u00adren <span class=\"Italic\">T<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">0<\/span> und <span class=\"Italic\">T<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">C<\/span> ist:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-20.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Structure_Infotext\"><span class=\"Italic\">\u03b5<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">C,WP<\/span> Carnot-Leistungszahl der W\u00e4rmepumpe<br \/>\n<span class=\"Italic\">T<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">C<\/span> Kondensationstemperatur in K<br \/>\n<span class=\"Italic\">T<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">0<\/span> Verdampfungstemperatur in K<\/p>\n<p class=\"Bodytext_Space-Top\">Die Leistungszahl nimmt also mit zunehmender Tem\u00adpe\u00adra\u00adtur\u00addif\u00adfe\u00adrenz zwischen warmer und kalter Sei\u00adte ab.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_021.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.19 Kennlinien einer Luft\/Wasser-W\u00e4rmepumpe mit konstanter Drehzahl, Beispiel gem\u00e4ss Messungen [WPZ]<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">G\u00fctegrad<\/span><a id=\"_idIndexMarker064\"><\/a><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die realen Leistungszahlen liegen wesentlich tiefer als die ent\u00adspre\u00adchen\u00adden Carnot-Leistungszahlen, da mechanische, elek\u00adtri\u00adsche und thermische Ver\u00adlu\u00adste sowie Abweichungen vom Carnot-Prozess<a id=\"_idIndexMarker065\"><\/a> hineinspielen. Der G\u00fctegrad ist das Verh\u00e4ltnis der realen Leistungszahl zur idealen Leistungszahl. Er ist immer kleiner als eins. Er sagt aus, wie nahe die technische Realisierung dem theoretisch M\u00f6glichen kommt. Der G\u00fctegrad ist weitgehend un\u00adab\u00adh\u00e4n\u00adgig vom Betriebszustand.<\/p>\n<p class=\"Bodytext ParaOverride-17\">In die Carnot-Leistungszahl k\u00f6nnen statt der wirklichen auch die <span class=\"Italic\">idealen<\/span> Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperaturen eingesetzt werden, d.h. die Quellen- bzw. Senkentemperaturen. Damit wird die ganze Maschine mitsamt den W\u00e4rme\u00fcbertragern qualifiziert. Dies ergibt einen tieferen G\u00fctegrad.<\/p>\n<h2 class=\"Title-1\"><span class=\"Title_Number\">2.4.3<\/span> <a id=\"_idIndexMarker066\"><\/a>Arbeitszahl<\/h2>\n<p class=\"Bodytext\">Das Verh\u00e4ltnis der Nut\u00adzw\u00e4r\u00admeener\u00adgie zur Summe aller zugef\u00fchrten ko\u00adsten\u00adpflich\u00adti\u00adgen Energien in einer bestimmten Zeitperiode wird als Ar\u00adbeits\u00adzahl bezeichnet:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/eq_2-21.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Structure_Infotext\"><span class=\"CharOverride-5\">\u03b2<\/span> Arbeitszahl der W\u00e4rmepumpe, auch als Seasonal Performance Factor (SPF) bezeichnet<br \/>\n<span class=\"Italic\">Q<\/span> Nutzw\u00e4rmeenergie<br \/>\n<span class=\"Italic\">E<\/span><span class=\"Subscript _idGenCharOverride-1\">el<\/span> Summe aller zugef\u00fchrten kostenpflichtigen Energien<\/p>\n<p class=\"Bodytext_Space-Top\">Die Bilanzgrenze ist anlagespezifisch festzulegen (Bei\u00adspiel Bild 2.20). Die be\u00adtrach\u00adte\u00adte Zeit\u00adpe\u00adri\u00adode kann z.B. 1 Tag, 1 Mo\u00adnat oder 1 Jahr be\u00adtra\u00adgen. Ar\u00adbeits\u00adzah\u00adlen sind nied\u00adri\u00adger als Lei\u00adstungs\u00adzah\u00adlen, da alle sy\u00adstem\u00adbe\u00adding\u00adten Ne\u00adben\u00adver\u00adbrau\u00adcher erfasst wer\u00adden:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">Pumpen, Ventilatoren<\/li>\n<li class=\"Item\">Abtauung des Verdampfers bei Luft\/Wasser-WP<\/li>\n<li class=\"Item\">Regelung und allf\u00e4llige Kurbelwannenheizung bei Kompressorstillstand<\/li>\n<\/ul>\n<p class=\"Bodytext\">Die <span class=\"Italic\">Jahresarbeitszahl<\/span><a id=\"_idIndexMarker067\"><\/a> (JAZ) ist, wie der Jahresnutzungsgrad eines Kessels, die f\u00fcr den Betrieb massgebliche Qua\u00adli\u00adfi\u00adka\u00adti\u00adon.<\/p>\n<p class=\"Bodytext ParaOverride-18\"><span class=\"Italic\">Norm-Jahresarbeitszahl:<\/span> Der \u00abSeasonal Coefficient of Performance\u00bb (SCOP) nach [EN 14825 ] ist eine Jahresarbeitszahl, basierend auf COP-Messwerten bei verschiedenen Teillasten entsprechend ihren Zeitanteilen. Der SCOP erlaubt den energetischen Vergleich verschiedener Ger\u00e4te, insbesondere auch von Inverter-Ger\u00e4ten. Vor allem bei Letzteren ist ein Vergleich schwierig, wenn lediglich einzelne Leistungszahlen zur Verf\u00fcgung stehen. Der SCOP ber\u00fccksichtigt auch den im Stillstand auftretenden Energieverbrauch. Der SCOP ist f\u00fcr standardisierte Bedingungen definiert. Es werden 3 Klimas betrachtet: \u00abA\u00bb mittleres Klima (Auslegungs-Aussentemperatur \u201310\u00b0C), \u00abC\u00bb ein k\u00e4lteres (\u201322\u00b0C) und \u00abW\u00bb ein w\u00e4rmeres (+2\u00b0C) sowie verschiedene Auslegungs-Vorlauftemperaturen (35, 45, 55, 65\u00b0C).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_022.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-12\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.20 Bilanzgrenze der W\u00e4rmepumpen-Anlage<\/p>\n<h2 class=\"Title-1\"><span class=\"Title_Number\">2.4.4<\/span> Bauarten W\u00e4rmepumpenanlagen<\/h2>\n<p class=\"Title-2_sub\"><a id=\"_idIndexMarker068\"><\/a><span class=\"Title_Number\">W\u00e4rmequellen<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Die W\u00e4rmepumpen werden nach W\u00e4r\u00adme\u00adquel\u00adle\/W\u00e4r\u00adme\u00adnut\u00adzung bezeichnet, z.B. Luft\/Was\u00adser-WP. In glei\u00adcher Weise werden Nennw\u00e4rmeleistungen um\u00adschrie\u00adben, z.B. Luft 2\/Wasser 35, Sole<a id=\"_idIndexMarker069\"><\/a> 0\/Wasser 50, Wasser 10\/Wasser 50. Die Zahlenwerte bezeichnen die Quellen- bzw. Vorlauftemperatur.<\/p>\n<p><em>W\u00e4rmequelle Aussenluft<\/em><br \/>\nAussenluft ist \u00fcberall verf\u00fcgbar, f\u00fchrt aber zu ung\u00fcnstigen Leistungszahlen in der k\u00e4ltesten Zeit. Im Sommer hingegen arbeitet die Aussenluft-W\u00e4rmepumpe sehr effizient. Es gibt Innen-Kompaktger\u00e4te und Aussen-Kompaktger\u00e4te. Erstere sind vorzuziehen. Eine Zwischenl\u00f6sung ist das Splitger\u00e4t, bei welchem der aussen platzierte Verdampfer mittels, an Ort zu erstellenden, K\u00e4ltemittelleitungen mit dem Innenger\u00e4t verbunden wird. Unterhalb einer Verdampfungs\u00adtemperatur von 0 \u00b0C, d.h. einer Aussentemperatur un\u00adter 5 bis 10 \u00b0C, muss mit dem Vereisen des Ver\u00addamp\u00adfers ge\u00adrech\u00adnet werden. Der Verdampfer muss \u2013 unter W\u00e4r\u00adme\u00adzu\u00adfuhr \u2013 abgetaut werden [BFE3]:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">durch Funktionstausch von Verdampfer und Kon\u00adden\u00adsa\u00adtor (Geb\u00e4udek\u00fchlung),<\/li>\n<li class=\"Item\">mit Beipassleitung vom Kompressoraustritt direkt in den Verdampfer.<\/li>\n<\/ul>\n<p><em>W\u00e4rmequelle Erdw\u00e4rmesonden<\/em><br \/>\nDem Erdreich kann mittels eines Sole-Zwischenkreislaufs W\u00e4rme entzogen werden. Sole ist ein Frostschutzmittel-Wasser-Gemisch. Die Konzentration des Frostschutzmittels sollte nicht h\u00f6her gew\u00e4hlt werden, als f\u00fcr die Frostsicherheit erforderlich ist. Je h\u00f6her die Konzentration, desto ung\u00fcnstiger werden die Eigenschaften hinsichtlich Druckverlust und W\u00e4rme\u00fcbertragung. Andererseits muss u.U. aus Korrosionsschutzgr\u00fcnden eine Minimalkonzentration beachtet werden. Neben den \u00fcblichen Ethylenglykol-Gemischen kommen beispielsweise auch Ethanol-Gemische (Alkohol) und Leitungswasser als W\u00e4rmetr\u00e4ger infrage [Opt].<br \/>\nEine Erdw\u00e4rmesonde besteht meistens aus zwei vertikalen U-f\u00f6rmigen Kunststoffrohren. Die Sonden werden 50 bis 250 m tief mit Abst\u00e4nden von 5 bis 10m in linearer Anordnung ausgef\u00fchrt. Einer Sonde kann unter Auslegungsbedingungen eine W\u00e4rmeleistung von 25 bis 50 W\/m Bohrung entzogen werden. Ihre Berechnung wird in [SIA 384\/6] detailliert beschrieben. Die W\u00e4rmetr\u00e4gertemperatur (Mittel aus Sondenvor- und -r\u00fccklauf) soll \u20131,5 \u00b0C nicht unterschreiten, um einem Vereisen des Erdreichs vorzubeugen. Optimale Anlagen ergeben sich unter g\u00fcnstigen geologischen Bedingungen und geringem W\u00e4rmeentzug, weil dann auf das Frostschutzmittel verzichtet werden kann.<\/p>\n<p><em>Weitere Erdreichw\u00e4rmequellen<\/em><br \/>\nEinem horizontalen <span class=\"Italic\">Erdregister<\/span> in 1 bis 2 m Tiefe kann unter Auslegungsbedingungen eine W\u00e4rmeleistung von 15 bis 30 W\/m<span class=\"Superscript _idGenCharOverride-1\">2<\/span>\u00a0Exponent Erdfl\u00e4che entzogen werden.<br \/>\nDer <span class=\"Italic\">Eisspeicher<\/span> besteht aus einem eingegrabenen, mit Wasser gef\u00fcllten Beh\u00e4lter und speichert W\u00e4rme von der umgebenden Erde und von Sonnenkollektoren. \u00dcber einen Kunststoffrohr-W\u00e4rme\u00fcbertrager bezieht die W\u00e4rmepumpe W\u00e4rme aus dem Beh\u00e4lter. Die W\u00e4rmepumpe kann nicht nur die f\u00fchlbare W\u00e4rme nutzen, sondern auch die latente (Kristallisationsw\u00e4rme 0,093 kWh\/kg).<br \/>\n<span class=\"Italic\">Tiefe Geothermie<\/span> bedingt Bohrtiefen von 1 bis 5 km. Da die Temperaturzunahme etwa 30 K\/km betr\u00e4gt, k\u00f6nnen unter Umst\u00e4nden ohne W\u00e4rmepumpe direkt nutzbare W\u00e4rmequellen erschlossen werden.<\/p>\n<p><em>W\u00e4rmequelle Wasser<\/em><br \/>\n<span class=\"Italic\">Grundwasser<\/span> ist eine sehr gute W\u00e4rmequelle. Es wird ganzj\u00e4hrig einem Filterbrunnen bei 8 bis 12 \u00b0C entnommen und in einem Sickerschacht bei etwa 4 \u00b0C zur\u00fcckgegeben. Die Auslegung erfolgt nach [SIA 384\/7]. Es ist ratsam, die Ergiebigkeit des Grundwassers mit einem Pumpversuch zu testen.<br \/>\nBei <span class=\"Italic\">Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern <\/span>besteht die Gefahr des Einfrierens des Verdampfers. Dieser Gefahr kann mittels eines Sole-Zwischenkreislaufs begegnet werden, was allerdings den Nutzungsgrad beeintr\u00e4chtigt.<br \/>\nDas <span class=\"Italic\">Abwasser <\/span>von Geb\u00e4uden ist eine ausgezeichnete W\u00e4rmequelle. Sie kann innerhalb eines Geb\u00e4udes genutzt werden (Kapitel 7.2.2) oder auch ausserhalb. In einem Kanalisations-Sammelkanal mit ausreichender Wasserf\u00fchrung wird ein Rinnenw\u00e4rme\u00fcbertrager eingebaut, der das Wasser eines Zwischenkreislaufs auf 10 bis 15 \u00b0C erw\u00e4rmt [Rot].<\/p>\n<p class=\"Title-2_sub\"><a id=\"_idIndexMarker070\"><\/a><span class=\"Title_Number\">Erdreich-Regeneration<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Der W\u00e4rmebezug aus einer Erdw\u00e4rmesondenanlage f\u00fchrt im Lauf der Jahre tendenziell zu einem Absinken der Temperatur des umgebenden Erdreichs. Die starke Zunahme der Anzahl von Erdw\u00e4rmesonden in st\u00e4dtischen Verh\u00e4ltnissen kann sich grossfl\u00e4chig sch\u00e4dlich auswirken. Eine Nutzungsdauer von 50 Jahren wird ein Regenerieren des Untergrunds erforderlich machen durch:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">Geocooling \u00fcber die Fussbodenheizung (Kapitel 6.2.2),<\/li>\n<li class=\"Item\">rein thermische oder hybride Sonnenkollektoren,<\/li>\n<li class=\"Item\">Abw\u00e4rme oder<\/li>\n<li class=\"Item\">Luftw\u00e4rme\u00fcbertrager.<\/li>\n<\/ul>\n<p class=\"Bodytext\">Das Regenerationsverh\u00e4ltnis von W\u00e4rmeeintrag zu W\u00e4rmeentzug innerhalb eines Jahres charakterisiert den Vorgang. Wenn mehr W\u00e4rme in den Untergrund eingetragen als daraus bezogen wird, ergibt sich l\u00e4ngerfristig eine Temperaturerh\u00f6hung, d.h. eine Speicherung.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Hochtemperatur-W\u00e4rmepumpen<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Herk\u00f6mmliche W\u00e4rmepumpen liefern Vorlauftemperaturen von maximal 55 \u00b0C. In gewissen Sanierungsf\u00e4llen gen\u00fcgt diese Temperatur f\u00fcr die Heizung nicht. Hingegen ist diese Begrenzung f\u00fcr die Wassererw\u00e4rmung immer problematisch. Da lediglich Warmwassertemperaturen von 45 bis 50 \u00b0C erreichbar sind, ist immer eine elektrische Zusatzheizung notwendig. F\u00fcr eine Warmwassertemperatur von 60 \u00b0C ist eine Vorlauftemperatur von mindestens 65 \u00b0C erforderlich. Diese Temperaturen k\u00f6nnen erreicht werden mit einem verbesserten K\u00e4ltemittel-Kreisprozess und einer Wassererw\u00e4rmer-Laderegelung. Zur Verbesserung der Wasser\u00aderw\u00e4rmung k\u00f6nnen auch f\u00fcr hohe Temperaturen besonders geeignete K\u00e4ltemittel oder eine separate Nutzung der Enthitzungsw\u00e4rme herangezogen werden. Die Kompressor-Austrittstemperatur ist wesentlich h\u00f6her als die Kondensationstemperatur, bei welcher der Grossteil der Nutzw\u00e4rme abgegeben wird.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Mehrstufige und modulierende W\u00e4rmepumpen<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Herk\u00f6mmliche W\u00e4rmepumpen mit konstanter Kompressor-Drehzahl weisen bei hoher Aussentemperatur die gr\u00f6sste Erzeugerleistung auf. Die Erzeugerleistung ist also dann am gr\u00f6ssten, wenn die Leistungsbedarf am kleinsten ist. Das f\u00fchrt zu h\u00e4ufigem Ein- und Ausschalten in der \u00dcbergangszeit und zu Schwierigkeiten bei der W\u00e4rme\u00fcbertragung an den Wassererw\u00e4rmer. Dies l\u00e4sst sich verbessern durch mehrere Kompressoren oder Dreh\u00adzahl\u00e4n\u00adde\u00adrung (leistungsgeregelte W\u00e4rmepumpen, Inverter-Technik). Vorteilhaft sind l\u00e4ngere Kompressorlaufzeiten, geringere Anlaufstr\u00f6me und kleinere Pufferspeicher. Wie bei einem modulierenden Brennwertkessel bewirkt eine <a id=\"_idIndexMarker071\"><\/a>Modulation bessere Leistungszahlen bei Teillast, da sich in den W\u00e4rme\u00fcbertragern kleinere mittlere Temperaturdifferenzen zwischen den Medien einstellen. Voraussetzung ist nat\u00fcrlich, dass das Modulationsverfahren nicht selbst nennenswerte Verluste verursacht. Bei mehrstufigen oder modulierenden Anlagen m\u00fcssen auch die Hilfsbetriebe, vor allem die kaltseitigen Pumpen und Ventilatoren, in ihrer Leistungsaufnahme angepasst werden. Sonst verschlechtert sich m\u00f6glicherweise die Arbeitszahl.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">W\u00e4rmepumpen mit Verbrennungsmotor-Antrieb<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Wenn eine Kompressionsw\u00e4rmepumpe mit einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, l\u00e4sst sich des\u00adsen Abgas- und K\u00fchlungsenergie nutzen. Gas- und Diesel-W\u00e4rmepumpen erreichen ein Ver\u00adh\u00e4lt\u00adnis Nutzw\u00e4rme\/Brennstoffenergie, je nach W\u00e4r\u00adme\u00adquel\u00adle (bez\u00fcglich Brennwert) von etwa 1,4 (Bild 2.21).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_024.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-12\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.21 Energieflussbild einer Verbrennungsmotorw\u00e4rmepumpe (bez\u00fcglich Brennwert)<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">K\u00e4ltemaschinen<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Dieselbe Maschine mit demselben Kreisprozess kann sowohl zum Heizen als auch zum K\u00fchlen eingesetzt werden. Siehe Kapitel 6.2.1.<\/p>\n<h2 class=\"Title-1\"><span class=\"Title_Number\">2.4.5<\/span> Planung<\/h2>\n<p class=\"Title-2_sub\"><span class=\"Title_Number\">Allgemeine Hinweise<\/span><\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">Die Auslegungsvorlauftemperatur der Heizanlage sollte m\u00f6glichst tief gew\u00e4hlt werden (maximal 35 \u00b0C).<\/li>\n<li class=\"Item\">W\u00e4rmequelle mit m\u00f6glichst hoher Temperatur w\u00e4hlen.<\/li>\n<li class=\"Item\">F\u00fcr Betriebsoptimierung und -\u00fcberwachung sollten von vornherein ein separater Elektroz\u00e4hler f\u00fcr die WP-Anlage und W\u00e4rmez\u00e4hler f\u00fcr die Verbraucher eingeplant werden.<\/li>\n<li class=\"Item\">Vergleich der Leistungszahlen und der Schallleistungspegel der erh\u00e4ltlichen W\u00e4rmepumpen in [WPZ].<\/li>\n<li class=\"Item\">Ausf\u00fchrliche Unterlagen zur Planung in [BFE3, BFE4], speziell zur Nutzung des Untergrunds in [SIA 384\/6, SIA 384\/7, SIA D0179, SIA D0190].<\/li>\n<\/ul>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Betriebsweise<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Eine konzeptionelle Frage f\u00fcr W\u00e4rmepumpenanlagen: Wie soll der W\u00e4rmeleistungsbedarf bei tiefen Aussentemperaturen gedeckt werden?<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><a id=\"_idIndexMarker072\"><\/a><span class=\"Italic\">Monovalenter Betrieb<\/span> (d.h., W\u00e4rmepumpe ist einziger W\u00e4rmeerzeuger) ist besonders mit mehrstufigen oder modulierenden W\u00e4rmepumpen sinnvoll. In Kleinan\u00adlagen mit Aussenluftw\u00e4rmepumpen werden aber oft einfache Maschinen mit konstanter Drehzahl eingesetzt. Hier nimmt die Erzeugerleistung bei tiefen Aussentemperaturen besonders stark ab (Bild 2.19). Deshalb wird gelegentlich aus Kostengr\u00fcnden eine zu knappe Maschine mit einer elektrischen Zusatzheizung zur Spitzendeckung gew\u00e4hlt. Dieser so genannte monoenergetische Betrieb ist allerdings energiepolitisch unerw\u00fcnscht und nach [SIA 384\/1] unzul\u00e4ssig.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><a id=\"_idIndexMarker073\"><\/a><span class=\"Italic\">Bivalent-alternativer<\/span> Betrieb erheischt einen Zusatz-W\u00e4rmeerzeuger f\u00fcr den vollen Leistungsbedarf (Bild 2.22). Kurve m stellt die Temperaturh\u00e4ufigkeit, Kurve q den Heizleistungsbedarf gem\u00e4ss 11.4 dar. Diese Betriebsweise erm\u00f6glicht den Einsatz von W\u00e4rmepumpen auch in Anlagen mit h\u00f6heren Heizkreistemperaturen.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_025.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-12\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.22 Bivalenter W\u00e4rmepumpen-Betrieb<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Im <a id=\"_idIndexMarker074\"><\/a><span class=\"Italic\">bivalent-parallelen<\/span> Betrieb \u00fcbernimmt die W\u00e4rmepumpe bei tiefen Aussentemperaturen die Vorw\u00e4rmung des R\u00fccklaufwassers, der Zusatz-W\u00e4rmeerzeuger die Nachw\u00e4rmung auf die geforderte Vorlauftemperatur. Der Zusatz-W\u00e4rmeerzeuger braucht nicht unbedingt auf volle Heizleistung ausgelegt zu werden.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\"><span class=\"Italic\">Bivalent-teilparalleler<\/span> entspricht bivalent-parallelem Betrieb, die W\u00e4rmepumpe wird jedoch bei sehr tiefen Temperaturen abgeschaltet.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Anlageschemas<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Hydraulische Schaltungen f\u00fcr W\u00e4rmepumpen m\u00fcssen gewisse Bedingungen erf\u00fcllen:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">Es ist eine Verbraucherschaltung mit m\u00f6glichst tiefer R\u00fccklauftemperatur zu w\u00e4hlen.<\/li>\n<li class=\"Item\">Zwecks guter W\u00e4rme\u00fcbertragung im Kondensator wird ein Mindestdurchfluss ben\u00f6tigt.<\/li>\n<li class=\"Item\">Die Speicherkapazit\u00e4t im Kondensatorkreis muss hoch sein, damit die Schalth\u00e4ufigkeit gering bleibt. So wird das Elektrizit\u00e4tsnetz wenig gest\u00f6rt und eine hohe Lebensdauer erreicht.<\/li>\n<\/ul>\n<p class=\"Bodytext_Space-Top\">In Kleinstanlagen k\u00f6nnen u.U. die W\u00e4rmepumpe und die W\u00e4rmeabgabe in Direktschaltung verkn\u00fcpft werden (Bild 3.10a). Fussbodenheizungen haben eine ausreichende Speicherkapazit\u00e4t, w\u00e4hrend Heizk\u00f6rper zus\u00e4tzlich einen Pufferspeicher in Serie erfordern. Der minimale Kondensatordurchfluss muss gew\u00e4hrleistet werden, beispielsweise durch Verzicht auf Thermostatventile.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">In gr\u00f6sseren Anlagen ben\u00f6tigen die Verbraucher einen variablen Volumenstrom, welcher der W\u00e4rmepumpe nicht gut bekommen w\u00fcrde. Deshalb entkoppelt ein Pufferspeicher die Verbraucherkreise und den Ladekreis (Bild 2.23). In bivalenten Anlagen wird der Kessel gem\u00e4ss Bild 2.24 angeschlossen. Bei einem Brennwertkessel entf\u00e4llt die R\u00fccklauftemperaturhochhaltung.<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Wird eine Laderegelung eingebaut, so kann ein gr\u00f6sserer Speicher schichtend geladen werden (Bild 2.48). Auf diese Weise k\u00f6nnen z.B. f\u00fcr die Wassererw\u00e4rmung mit externem W\u00e4rme\u00fcbertrager h\u00f6chstm\u00f6gliche und uniforme Temperaturen im Warmwasserspeicher erreicht werden, leider mit Nachteilen hinsichtlich Arbeitszahl.<\/p>\n<p class=\"Title-2\"><span class=\"Title_Number\">Schallschutz<\/span><\/p>\n<p class=\"Bodytext\">Bei den Schallkennwerten sind folgende Begriffe zu unterscheiden. Die <em>Schallleistung<\/em> ist die von einer Schallquelle insgesamt in alle Richtungen abgegebene Leistung in Watt. Angegeben wird diese Emission in Form des dimensionslosen Schallleistungspegels in dB(A). Schallleistung bzw. <em>Schallleistungspegel<\/em> sind unabh\u00e4ngig von den Umgebungsverh\u00e4ltnissen. Im Unterschied dazu bezieht sich der <em>Schalldruckpegel<\/em> auf die Immission beim Empf\u00e4nger. Der Schalldruckpegel wird ebenfalls in dB(A) angegeben. Er h\u00e4ngt vom Abstand zur Schallquelle und der Umgebung ab. Ein Unterschied von 10 dB(A) wird etwa als Verdopplung bzw. Halbierung des L\u00e4rms empfunden. Zwei Schallquellen gleicher Intensit\u00e4t bedeuten eine Erh\u00f6hung um 3 dB(A). Eine Verdopplung des Abstands bewirkt eine Reduktion um 6 dB(A). Eine kugelartige Schallquelle mit einem Schallleistungspegel von beispielsweise 70 dB(A) verursacht theoretisch in 1 m Abstand einen Schalldruckpegel von 59 dB(A). N\u00e4heres zu schalltechnischen Kenngr\u00f6ssen in [Z\u00fcr, Rec1].<\/p>\n<p class=\"Bodytext\">F\u00fcr eine einfache Beurteilung des Schalldruckpegels von Luft\/Wasser-W\u00e4rmepumpen steht ein Online-Tool zur Verf\u00fcgung [FWS]. Massgebend ist der Abstand zu den Fenstern empfindlicher R\u00e4ume und die \u00f6rtliche Situation. Luft\/Wasser-W\u00e4rmepumpen weisen \u00fcblicherweise einen Schallleistungspegel von 45 bis 80 dB(A) auf [WPZ]. Sole\/Wasser-W\u00e4rmepumpen sind leiser. Maschinen grosser Leistung sind lauter. Massnahmen, um Schallimmissionen gering zu halten, sind etwa:<\/p>\n<ul>\n<li class=\"Item\">W\u00e4rmepumpe nicht angrenzend an l\u00e4rmempfindliche R\u00e4ume platzieren,<\/li>\n<li class=\"Item\">Ger\u00e4t mit geringem Schallleistungspegel w\u00e4hlen,<\/li>\n<li class=\"Item\">K\u00f6rperschall\u00fcbertragung \u00fcber Boden, Kan\u00e4le und Leitungen m\u00f6glichst unterbinden durch flexible Verbindungselemente und<\/li>\n<li class=\"Item\">Luftschall\u00fcbertragung verringern durch Platzierung der Luft\u00f6ffnungen von Luft-W\u00e4rmepumpen nicht unter dem Schlafzimmerfenster.<\/li>\n<\/ul>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_026.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-19\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.23 Erdw\u00e4rmesonden-WP-Heizanlage<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"_idGenObjectAttribute-1 alignnone\" src=\"\/images\/HLE-Web-2020\/chap_02_NEU-web-resources\/image\/M_1_002_027.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p class=\"Figure_Caption ParaOverride-20\" lang=\"fr-FR\">Bild 2.24 Kessel f\u00fcr bivalent-parallelen Betrieb (anzuschliessen an den Punkten A, B von Bild 2.23)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>2.4.1 Funktionsweise der Kompressions-W\u00e4rmepumpe Eine W\u00e4rmepumpe ist eine Maschine, welche unter Aufwendung von Arbeit der Umgebung W\u00e4rme ent\u00adzieht und diese dann auf einem h\u00f6heren Tem\u00adpe\u00adra\u00adtur\u00adni\u00adveau zu Heizzwecken wieder abgibt. 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