Komponenten der Wärmepumpenanlage

Wärmepumpe

Die Wärmepumpe ist eine Sole/Wasser Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 12.48 kW bei B0W35. Der COP liegt in diesem Arbeitspunkt bei 4.64 was im oberen Bereich der am Markt erhältlichen Pumpen zum Anschaffungszeitpunkt lag, jedoch noch kein Spitzenwert darstellt. Die besten auf dem Markt erreichen einen COP von bis zu 5 (jedenfalls laut Datenblatt). Das Gerät kann auch als Wasser/Wasser Wärmepumpe eingesetzt werden. Es wird mit dem Kältemittel R134a betrieben was Vorlauftemperaturen bis 65 °C erlaubt. Dadurch kann das Trinkwarmwasser ohne Zusatzheizung direkt erwärmt werden. Für den Heizbetrieb werden diese Temperaturen jedoch nicht benötigt, das wäre auch sehr unwirtschaftlich.

Die Wärmepumpe wird meist im Bereich B10W35 bis B7W45 betrieben. Hier bietet sie laut Datenblatt einen COP von 5.9 bis 4.4.

Umwälzpumpen

Zwischen dem Betrieb zur Wassererwärmung und Heizung wird mittels zwei separaten Umwälzpumpen umgeschaltet. Diese sind Standardpumpen, da hier nur geringe Laufzeiten bei relativ geringer Leistung auftreten. Die Pufferladepumpe hat eine el. Verbrauchsleistung von 60 W bei einer Fördermenge von 1460 l/h und 2.5 m Druckverlust. Die Wasserwärmer Ladepumpe wird auf Stufe 2 (von 3) betreiben, da sie offenbar zu gross ausgelegt wurde. Dies wurde bereits vom Installateur so eingestellt. Sie hat in diesem Betriebspunkt eine Verbrauchsleistung von 68W bei einem Durchfluss von 1300 l/h und 2.0 m Druckverlust. Die Nutzleistung ist geringer bei höherem Verbrauch als bei der Pufferladepumpe, womit sich eine offensichtlich ungünstige Auslegung seitens des Anbieters festmachen lässt. Die Pumpe war zudem auch unnötig teurer als das passende kleinere Modell.

Als Solepumpe für die 230 m tiefe Erdsonde wurde eine Hocheffizienzpumpe der Energieklasse A gewählt. Diese hat zwar auch relativ kurze Laufzeiten wie die Pufferladepumpen, jedoch ist ihre Leistungsaufnahme einiges höher. Die optimierte Pumpe verbraucht ca. 110 W bei einer Durchflussmenge von 2800 l/h bei einem Druckverlust von rund 6-7 m (je nach Soletemperatur). Sie ist knapp dimensioniert. Sie schafft im Nennbetriebspunkt der Wärmepumpe von B0W35 theoretisch nur eine Spreizung von 3.3 K, was 0.3 K über den Nenndaten des Herstellers liegt. Die Wärmepumpe läuft damit aber bestens, eine höhere Spreizung und damit geringerer Verbrauch der Solepumpe wäre dank stufenloser Drehzahlregelung möglich, bei jedoch leicht geringerer Effizienz der Wärmepumpe. Mehr zur optimalen Spreizung im Solekreis lesen Sie unter Optimierungen. Die Leistungsaufnahme entspricht weniger als 4% der Verdichterleistung, was ein sehr guter Wert ist wie der Vergleich in der FAWA Studie zeigt. Im Mittel liegt der Verbrauch der untersuchten Solepumpen bei 13 % der mittleren Verdichterleistung.
Eine Standardpumpe für den Solekreis, wie sie uns angeboten wurde, hätte 380 W el. Verbrauch gehabt der 14% der Verdichterleistung betragen hätte und damit wäre die JAZ um knapp 10% tiefer ausgefallen.

Die Heizkreispumpe ist ebenfalls eine Stromsparpumpe der Energieeffizienzklasse A. Diese hat zwar verglichen mit dem Kompressor der Wärmepumpe nur eine geringe Leistung. Da deren Laufzeit aber wesentlich länger ist, macht hier der Einsatz einer Hocheffizienzpumpe Sinn. Die Pumpe ist drehzahlgeregelt und passt die Durchflussmenge automatisch dem Bedarf an und senkt so den Verbrauch weiter. Die Pumpe bringt einen Durchfluss von 1000 l/h bei einer Förderhöhe von 3.0 m. Da das Heizsystem als ehemalige Schwerkraftheizung einen sehr geringen Durchflusswiderstand aufweist, wird die Pumpe auf geringster Förderhöhe von 1.0 m geregelt.

Puffer

Da es sich beim Heizsystem um Radiatoren handelt wurde ein Puffer von 500 l eingebaut. Wahrscheinlich hätte es auch ohne gut funktioniert. Der Puffer speichert bei einer Spreizung von 8 K 4.6 kWh Wärme und ist von der Wärmepumpe in rund 20 Minuten durchgeladen wenn keine Entnahme erfolgt. Die Laufzeit in einem Takt der Wärmepumpe wird also um diese Zeitspanne verlängert.

Der Puffer ist mit 10 cm PUR Weichschaum isoliert. Er verliert rund 2 kWh/Tag bei 40 °C Vorlauf, was einer Verlustleistung von 85 W entspricht.

Wassererwärmer

Das Bruchwarmwasser wird in einem separaten Wassererwärmer mit innenliegendem Wärmetauscher aufbereitet. Dieser hat einen Nutzinhalt von 360 l was rund einem 2-Tages Verbrauch unseres Haushalts entspricht und ist damit überdimensioniert. Das Heizregister hat eine Tauscherfläche von 4.85 m² und ist daher für eine 12 kW Wärmepumpe mit 2.6 kW/m² knapp dimensioniert, zumal diese mit höherer als Nennleistung betrieben wird. Der Speicher ist dadurch nicht optimal. Ein passender Speicher hatte der Hersteller der Wärmepumpe nicht im Programm. Kleine Speicher mit grossen Wärmetauschern sind auch kaum verfügbar auf dem Markt.

Die Isolation von nur 5 cm PUR Hartschaum führt zu Verlusten von mehr als 2 kWh/Tag, die im Bereich des effektiven Verbrauchs liegen. Die Verluste sind nicht nur wegen der relativ dünnen Isolation sondern auch wegen der Überdimensionierung des Speichers so gross. Die effektiven Verluste sind jedoch noch höher. Wegen den Verlusten kühlt der obere Bereich des Speichers ohne Entnahme um 7 K/ Tag ab bei einer Starttemperatur von 55 °C. Daher ist ein Wiederaufladen alleine wegen den Verlusten nach 2 Tagen notwendig, da die minimale geforderte Zapftemperatur nicht mehr erreicht wird. Bei geringeren Verlusten könnte der Speicher erst nach 3 Tagen wieder geladen werden und sich eine bessere Schichtung ausbilden, so dass im unteren Bereich tiefere Temperaturen herrschen. Dies würden zu einer tieferen durchschnittlichen Ladetemperatur und damit zu einer besseren Arbeitszahl führen.

Die Wärmepumpenanlage mit links dem Wassererwärmer, rechts dem Pufferspeicher und der Wärmepumpe dazwischen.