Betriebsarten und Auslegung von Wärmepumpen
Monovalenter Betrieb:
Die Wärmepumpe deckt den gesamten Wärmebedarf ohne zusätzlichen Wärmeerzeuger. Als Wärmequellen sind Grundwasser und Erdreich geeignet, da sie im Jahresverlauf kaum Temperaturschwankungen aufweisen. Bei der Nutzung von Außenluft ist eine monovalente Betriebsweise im allgemeinen unwirtschaftlich, da wegen der großen Temperaturdifferenz
zwischen Wärmequellen und Heizwasser im Winter sehr niedrige Leistungszahlen auftreten.
zwischen Wärmequellen und Heizwasser im Winter sehr niedrige Leistungszahlen auftreten.
Bivalent-Alternativer Betrieb:
Bei dieser Betriebsart deckt die Wärmepumpe den Wärmebedarf bis zu einem bestimmten, durch die Außentemperatur bestimmten Umschaltpunkt („Bivalenzpunkt“), bei tieferen Temperaturen übernimmt der Zusatzkessel die Bedarfsdeckung allein. Die Umschaltung
kann auch automatisch durch ein Rundsteuersignal des EVU erfolgen. In
der Abb. sind die Betriebsanteile von Wärmepumpe und Zusatzkessel in der
Jahresdauerlinie der Heizleistung dargestellt. Die Teilflächen geben die
Anteile der erzeugten Heizwärmemenge wieder. Üblicherweise wird beim
alternativen Betrieb die Wärmepumpe auf eine Heizleistung von etwa der
Hälfte der maximal erforderlichen Heizleistung dimensioniert.
kann auch automatisch durch ein Rundsteuersignal des EVU erfolgen. In
der Abb. sind die Betriebsanteile von Wärmepumpe und Zusatzkessel in der
Jahresdauerlinie der Heizleistung dargestellt. Die Teilflächen geben die
Anteile der erzeugten Heizwärmemenge wieder. Üblicherweise wird beim
alternativen Betrieb die Wärmepumpe auf eine Heizleistung von etwa der
Hälfte der maximal erforderlichen Heizleistung dimensioniert.
Der Zusatzheizkessel muss auf die maximal erforderliche Heizleistung ausgelegt
sein.
Wie aus der Abb. hervorgeht, kann die Wärmepumpe bei halber Leistungsdimensionierung
bereits mehr als 80 % der Heizwärme liefern. Der Rest wird durch die Zusatzheizung aufgebracht. Diese Betriebsart hat sich bei der Nutzung der Wärmequelle Außenluft
allgemein durchgesetzt.
sein.
Wie aus der Abb. hervorgeht, kann die Wärmepumpe bei halber Leistungsdimensionierung
bereits mehr als 80 % der Heizwärme liefern. Der Rest wird durch die Zusatzheizung aufgebracht. Diese Betriebsart hat sich bei der Nutzung der Wärmequelle Außenluft
allgemein durchgesetzt.
Bivalent-Paralleler Betrieb:
Beim parallelen Betrieb wird unterhalb einer bestimmten, festgelegten Temperatur („Bivalenzpunkt“) der Wärmebedarf gleichzeitig durch die Wärmepumpe und ein Zusatzsystem gedeckt. Der Wärmepumpenvorlauf wird dabei in den Kesselrücklauf eingespeist, im
Kessel wird das Heizungswasser weiter erwärmt und danach über ein
Dreiwege-Mischventil dem Heizungsnetz zugeführt.
Kessel wird das Heizungswasser weiter erwärmt und danach über ein
Dreiwege-Mischventil dem Heizungsnetz zugeführt.
Der Rücklauf der Heizung geht direkt zum Kondensator der Wärmepumpe.
Bei dieser Betriebsweise muss darauf geachtet werden, dass
Bei dieser Betriebsweise muss darauf geachtet werden, dass
- die maximal zulässige Kondensationstemperatur nicht überschritten wird (infolge zu hoher Rücklauftemperatur des Heizwassers), und
- die minimale Verdampfungstemperatur nicht unterschritten wird (infolge zu niedriger Temperatur der Wärmequelle), da in beiden Fällen die Wärmepumpe abschaltet.
Die Deckungsrate der Wärmepumpe am Jahreswärmebedarf ist bei gleicher
Umschalttemperatur noch bedeutend höher als im alternativen Betrieb,
wie ebenfalls aus Abb. hervorgeht. Allerdings ist die Jahresarbeitszahl
niedriger, da die Wärmepumpe auch an kalten Tagen in Betrieb ist, an denen
sie wegen der größeren notwendigen Temperaturanhebung geringere Leistungszahlen
erreicht. Damit ist auch ein Rückgang der Heizleistung der
Wärmepumpe verbunden, was am Abfallen der Grenzlinie
zwischen den beiden Flächenteilen links vom Umschaltpunkt ersichtlich ist.
Umschalttemperatur noch bedeutend höher als im alternativen Betrieb,
wie ebenfalls aus Abb. hervorgeht. Allerdings ist die Jahresarbeitszahl
niedriger, da die Wärmepumpe auch an kalten Tagen in Betrieb ist, an denen
sie wegen der größeren notwendigen Temperaturanhebung geringere Leistungszahlen
erreicht. Damit ist auch ein Rückgang der Heizleistung der
Wärmepumpe verbunden, was am Abfallen der Grenzlinie
zwischen den beiden Flächenteilen links vom Umschaltpunkt ersichtlich ist.
© Marc Husmann Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Herausgebers.
