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sinnvolle Dimensionierung Wärmepumpe

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  •  alpenzell
12.6. - 16.6.2015
14 Antworten 14
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Hallo zusammen,
wie dimensioniert man die Leistung einer Wärmepumpe richtig?

Ich plane meinen nächsten Hausbau langfristig, beschäftige mich intensiv mit Materialien und Komponenten und versuche so viel wie möglich zu verstehen. Im Moment nehme ich mir die Haustechnik vor und habe mit der sinnvollen Dimensionierung einer Wärmepumpe/Heizung so meine Verständnisprobleme. Leider hab ich dazu keinen allgemeinen Thread gefunden.

Ich fasse mal zusammen, was ich bisher gelesen und hoffentlich richtig verstanden habe.
Zuerst lässt man eine Heizlastberechnung nach phpp machen. Das habe ich mal überschlags-mäßig mit dem u-wert rechner für ein Beispielhaus gemacht.
Heraus kommt bei passivhaustauglichen Aufbau mit 160m² Nutzfläche eine maximale Heizlast von 3,67 kW bei einem Heizwärmebedarf von 2544 kWh/a. Zusätzlich nach Faustformel einen Warmwasserbedarf von 1800 kWh/a.

So weit, so gut. Die maximale Heizlast wird wohl bei minimaler Außentemperatur gebraucht werden (in meinem Fall -12°C). Wenn ich mir jetzt die technischen Daten verschiedener Wärmepumpen ansehe (ich nehme mal EWP als Beispiel) dann finde ich die Leistungen und den dazugehörigen COP in Abhängigkeit von der Temperatur (Meistens dann nur 0°, mit Glück -7°). Teilweise gibt es in der Dokumentation auch eine grafische Darstellung, aber auch die reicht nicht bis -12°.

Im Internet habe ich jetzt mehrfach gelesen, dass die Wärmepumpe auf die minimale Außentemp. ausgelegt werden soll. Zusätzliche Leistung wird für Warmwasser benötigt (da gab es eine Faustformel mit 0,2kW pro Person) und bei speziellen Energieverträgen auch noch mal ein Erhöhungsfaktor um Schaltzeiten auszugleichen. Idee wäre hier wohl, dass die Wärmepumpe allein (ohne Heizstab, also monovalent) sämtliche Heizleistung zur Verfügung stellt.

Im Forum lese ich immer wieder, dass Wärmepumpen zu hoch dimensioniert werden und man keine Angst vor dem Einsatz des E-heizstabes haben muss.

Bis hierhin alles richtig verstanden????

Zu meinen Fragen:
Wenn ich tatsächlich bei -12°C eine Heizlast von 3,67kW erreichen möchte, woher weiß ich, dass die Wärmepumpe das leistet? In der Dokumentation finde ich ja den Wert nicht. Und der Heizi soll das wissen???

Da die -12° nicht häufig vorkommen werden, fände ich es auch logischer, die WPWP [Wärmepumpe] auf eine geringere Temperatur mit höherer Relevanz auszurichten und gegebenenfalls mit Heizstab auszugleichen (heißt dann wohl bivalent). Welche Temperatur ist dabei relevant?? Die 0° habe ich ja als Info und die -7° habe ich auch noch.

Und zum Schluss sind die ganzen Überlegungen für die Katz, weil viele Hersteller WPWP [Wärmepumpe]’s erst ab 6kW Leistung anbieten. Und da komme ich zum nächsten Problem, dem Takten. Wenn ich es richtig verstanden habe, ist es für die Lebensdauer und die Stromkosten sinnvoller, wenn die Wärmepumpe lange durchläuft und so wenig wie möglich an- und ausgeht.

Also wie dimensioniert man denn richtig???? Welche Heizleistung sollte die WPWP [Wärmepumpe] bei welcher Außentemp.haben??? Gerne an Hand meines Bsp. Erklärt.

Ich hoffe, der Text ist nicht zu lange und ich starte hier eine produktive Diskussion, die als Grundlage für Themeneinsteiger dienen kann.
Super wäre natürlich auch, wenn das Thema direkt vom Energiesparhaus beschrieben werden würde.

Danke

  •  KA_
12.6.2015  (#1)

zitat..
sinnvolle Dimensionierung Wärmepumpe


Das wurde mich auch interessieren und ich habe es auch so verstanden wie du.

Deine Frage bezieht sich auf die Luftwärmepumpe, oder?

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  •  alpenzell
12.6.2015  (#2)
spielt für die Frage eigentlich keine Rolle ob LWP LWP [Luftwärmepumpe] oder EWP. Bei LWP LWP [Luftwärmepumpe] beziehen sich die Daten glaube ich immer auf 2°C und nicht auf 0°C. Ich bin mal von einer Erdärmepumpe ausgegangen.

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  •  bautech
  •   Gold-Award
12.6.2015  (#3)
Meine Meinung dazuDie Auslegung nach Außentemperatur (AT) macht nur bei Luft-Wasserwärmepumpen bzw Luft-Luftwärmepumpen (LW-WPWP [Wärmepumpe] bzw LL-WPWP [Wärmepumpe]) Sinn! Der Erdwärmepumpe (EWP) is die AT AT [Außentemperatur] holler...
Du mußt bei der PHPP-Brechnung die für dich zutreffende Norm-AT (lässt sich im Internet recherchieren...) einsetzen, dann kriegst deine Heizlast des Gebäudes bei (Annahme) -12°C! Und die Heizlast muß die EWP abdecken...

Wennst nun im PHPP die richtigen Annahmen (IT / AT / Raumgrößen / Aufbauten) eingesetzt hast und Du erreichst ne Heizlast <4kw kannst schon im PH-Sektor nach Kompaktgeräten (Lüftung + Heizung in einem Gerät) a la D&W x² oder Nilan suchen... oder ne modulierende EWP wie von KNV / Nibe (Modulationsbereich beim kleinsten Geräte mWn 1,5 - 6kw...) suchen!

ng

bautech

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  •  alpenzell
12.6.2015  (#4)
gerne Bsp knv/nibe - hallo bautech,
genau das sind die Vorraussetzungen. phpp ist gemacht und ich habe dann (als Bsp) 3,67kW max Leistung bei -12°.
Nehmen wir gerne mal die KNV/Nibe Topline 1255. Leistungsdaten habe ich für die nicht wirklich gefunden, nur ein Detail: Für 0°C (Heizen) 3,15kW mit cop 4,72. Was soll mir das sagen???
Hat nibe mal nur eine mittlere Leistung als Beispiel gewählt und die 1255 kann eigentlich auch 6kW aber da sieht der cop nicht so hübsch aus??? oder schafft sie bei 0° nur 3,15kW und müsste dann ja wohl für 3,67kW bei -12° unterdimensioniert sein.

genau dieser übergang von phpp auf echte Dimensionierung ist mir zu schwammig.

lg
alpenzell

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  •  alpenzell
12.6.2015  (#5)
ewp/lwp unterschied - oder ist bei EWP immer die 0°C Temp. ausschlaggebend, weil davon auszugehen ist, das die Soleeingangstemp nicht unter 0°C fällt??? dann reicht ja die Angabe eines Wertes

für LWP LWP [Luftwärmepumpe] wäre dann die -7°C ausschlaggebend und wenn es kälter wird muss der Heizstab ran?

sorry, möchte es einfach genau wissen und verstehen.
lg

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  •  pred
14.6.2015  (#6)
Bei einigen Herstellern gibt es nicht nur die Werte bei -7, 2, etc. sondern ein Diagramm das die Werte über den gesamten Temperaturverlauf angiebt.

Bei mir ist die Heizleistung ~3,3KW bei -14°C.
Da hat dann diese LWP LWP [Luftwärmepumpe] aus meiner Sicht gut dazu gepasst.

2015/20150614687861.PNG

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  •  bautech
  •   Gold-Award
15.6.2015  (#7)

zitat..
alpenzell schrieb: Hat nibe mal nur eine mittlere Leistung als Beispiel gewählt und die 1255 kann eigentlich auch 6kW aber da sieht der cop nicht so hübsch aus???


Schaut für mich genau so aus... anscheinend werden modulierende WPWP [Wärmepumpe]´s nach ihrem mittleren Betriebspunkt beurteilt, um sie mit "statischen" (nicht modulierenden) WPWP [Wärmepumpe]´s vergleichbar zu machen. Und ob der COP nicht so hübsch aussieht wage ich mal zu bezweifeln... die beherrschen das schon!

zitat..
alpenzell schrieb: oder ist bei EWP immer die 0°C Temp. ausschlaggebend, weil davon auszugehen ist, das die Soleeingangstemp nicht unter 0°C fällt??? dann reicht ja die Angabe eines Wertes


So isses... unter 0°C hast eher nicht im Soleeingang, auf das wird dein Flächenkolli / deine Tiefenbohrung auch dimensioniert! Und je höher die Soleeingangstemp desto gut der COP (vereinfacht dargestellt)...

zitat..
alpenzell schrieb: für LWP LWP [Luftwärmepumpe] wäre dann die -7°C ausschlaggebend und wenn es kälter wird muss der Heizstab ran?


Genau so isses bzw is das vom sog. Bivalenzpunkt der LWP LWP [Luftwärmepumpe] abhängig... is von Hersteller zu Hersteller verschieden!

ng

bautech

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  •  alpenzell
15.6.2015  (#8)
danke, es wird langsam klarer

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  •  alpenzell
15.6.2015  (#9)
Bsp Nibe/KNV - hab im deutschen Installationshandbuch eine Kurve zur Dimensionierung gefunden. Leider gibt es keine Kurve mit passendem COP, ein paar SCOP Werte waren hinterlegt - auch bei max. Verdichterleistung kein deutlicher Abfall.

2015/20150615267467.JPG


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  •  alpenzell
15.6.2015  (#10)
aeroheat - @ pred: aeroheat habe ich nur auf einer schweizer Seite gefunden, die Werte sehen beachtlich aus, werden die LWP LWP [Luftwärmepumpe] auch in Österreich vertrieben???

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  •  eggerhau
15.6.2015  (#11)
sinnvolle Dimensionierung Wärmepumpe -

zitat..
alpenzell schrieb: Also wie dimensioniert man denn richtig???? Welche Heizleistung sollte die WPWP [Wärmepumpe] bei welcher Außentemp.haben??? Gerne an Hand meines Bsp. Erklärt.

Um bei Deinem Beispiel zu bleiben bei -12°C AT AT [Außentemperatur] brauchst Du – rein rechnerisch gemäss Heizlast – 3.67kW. Dabei ist es völlig egal ob Du ein Passivhaus, ein Niedrigenergiehaus oder sonst was hast. Diese Leistung musst Du einfach bereitstellen um die verlangte Raumtemperatur zu kriegen. Auch wenn 2 Wochen keine Sonne scheint. Und Warmwasser braucht es ja meist auch noch.
Fazit: Ideal wäre - bei jedem Wärmeerzeuger – wenn sich die momentane Leistung genau auf den Verbrauch ausrichtet. Das ist eben nur über Geräte mit „Variabler Heizleistung“ möglich.
Entsprechende LW/WPWP [Wärmepumpe] sind ja ausreichend auf dem Markt, aber halt – energetisch - nur 2. Wahl.
SW/WPWP [Wärmepumpe] mit variabler Heizleistung gibt zwischenzeitlich von mehreren Herstellern. NIBE ist einer davon. Die Langzeiterfahrung bei diesen Geräten fehlt aber noch.
Vielleicht gibt es ja hier im Forum Erfahrungsberichte.
Gruss HDE



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  •  dyarne
  •   Gold-Award
16.6.2015  (#12)
hallo alpenzell,

zitat..
alpenzell schrieb: wie dimensioniert man die Leistung einer Wärmepumpe richtig?


hier ist grundsätzlich zwischen erd-wp und luft-wp zu unterscheiden.

1) erd-wp:
wie jede konventionelle heizung, da eine konstante leistung vorliegt. 6kw einer erd-wp sind genauso zu sehgen wie 6kw einer gastherme oder einer pelletsheizung.

ausgelegt wird nach berechneter heizlast, diese bildet den extremfall ab. am 'typischen' wintertag beträgt die heizlast ungefähr die hälfte, das bedeutet 12h heizen, 12h pause.

der einzige unterschied ist daß durch die technologie der wp diese umso effizienter ist je länger sie mit geringer leistung läuft, dh eine maßvolle unterdimensionierung ist meist anzuraten, überdimensionierung schadet der effizienz und der lebensdauer.

2) luft-wp:
hier komt die crux zum tragen daß der wärmebedarf des gebäudes und die leistung der wp genau gegenläufig sind. bei hohen temperaturen hat die luft-wp die höchste leistung, das gebäude aber wenig bedarf, bei tiefen temperaturen ists umgekehrt. eine luft-wp die auf decken der heizlast bei auslegungstemperatur dimensioniert wird würde sich in der übergangszeit zu tode takten, weil sie 4,5,6,7,8-mal soviel leistung wie gerade benötigt hätte. darum wird 'monoenergetisch' ausgelegt, ab dem bivalenzpunkt (schnittpunkt leistung/bedarf) springt der heizstab ein.

wie man aus den von pred verlinkten diagrammen sieht kann die leistung je nach außentemperatur zwischen 3 und 10kw schwanken - blöderweise treten halt die 10kw auf wenn man 3kw bräuchte und die 3kw wenn man 10kw bräuchte.

aus diesem dilemma heraus wurden in den letzten jahren vollmodulierende luft-wp entwickelt, die meist aus der drosselung viel stärkerer modelle entstehen, wodurch es gerätespezifisch zu völlig unterschiedlichen leistung/außentemperatur-kurven kommt.

generell müssen luft-wp aus diesen gründen per diagramm ausgelegt werden.
siehe hier...


2014/20140404914332.PNG

zitat..
alpenzell schrieb: ...dann finde ich die Leistungen und den dazugehörigen COP in Abhängigkeit von der Temperatur (Meistens dann nur 0°, mit Glück -7°)...
...Wenn ich tatsächlich bei -12°C eine Heizlast von 3,67kW erreichen möchte, woher weiß ich, dass die Wärmepumpe das leistet? In der Dokumentation finde ich ja den Wert nicht...

ja, das ist leider bei luft-wp so, weil die hersteller genau wissen wie schlecht die werte dort aussehen wo der gewichtete heizbetrieb stttfindet. die gängigen +2° für leistung und cop gelten ja eher für ww-erzeugung die gleichmäßig verteilt übers ganze jahr stattfindet, währen der heizbetrieb natürlich überproportional bei tiefer temperatur steigt.
man muß dann beim herstelelr um die leistungs- und cop-kurven anfragen...

zitat..
alpenzell schrieb: ...dass die Wärmepumpe auf die minimale Außentemp. ausgelegt werden soll...

das gilt für jede heizung: die heizlast ist eine funktion der differenz außen-/innentemperatur, bsplw -16°/+20°
bei +2° würde hier die halbe heizlast auftreten (in wirklichkeit weniger, weil innere und solare gewinne dazu kommen)...

Zusätzliche Leistung wird für Warmwasser benötigt (da gab es eine Faustformel mit 0,2kW pro Person)...

das sind überholte ansätze.
viele tga-planer setzen gar keinen zusätzlichen ww-anteil bei der dimensionierung an, da die wp das ww im sogenannten ww-vorrang per umschaltung erledigt. nachdem an 99,5% der heiztage die wp reserven hat werden diese einfach zur ww-erzeugung genutzt. die wp dankt es an diesen 99,5% der tage durch einen geschmeidigeren betrieb.

zitat..
bautech schrieb: ...Der Erdwärmepumpe (EWP) is die AT AT [Außentemperatur] holler...
...und Du erreichst ne Heizlast <4kw kannst schon im PH-Sektor nach Kompaktgeräten (Lüftung + Heizung in einem Gerät) a la D&W x² oder Nilan suchen... oder ne modulierende EWP wie von KNV / Nibe (Modulationsbereich beim kleinsten Geräte mWn 1,5 - 6kw...) suchen!

beantrage den nick des kollegen auf 'bau&haustech' zu erweitern ... emoji

zitat..
alpenzell schrieb: oder ist bei EWP immer die 0°C Temp. ausschlaggebend, weil davon auszugehen ist, das die Soleeingangstemp nicht unter 0°C fällt??? dann reicht ja die Angabe eines Wertes...

ja, so ist es.
flachkollektoren werden auf gewichtet 0° soleeingang ausgelegt, tiefenbohrungen liegen ein bissl höher, brunnenquellen noch höher.

zitat..
alpenzell schrieb: ...Hat nibe mal nur eine mittlere Leistung als Beispiel gewählt und die 1255 kann eigentlich auch 6kW aber da sieht der cop nicht so hübsch aus??? oder schafft sie bei 0° nur 3,15kW und müsste dann ja wohl für 3,67kW bei -12° unterdimensioniert sein...

bei modulierenden sole-wp gibts ein paar spezielle feinheiten.
wie bau(&haus-)tech richtig vermutet ist die 6kw eine getunte 4kw maschine.
die frequenzmodulation geht von 50hz nach oben und unten.

wie oben beschrieben findet der großteil der heizarbeit bei 40-60% heizlast statt. und dafür ist so eine wp perfekt aufgestellt. wenn eine sibirische woche anliegt schaltet sie einfach den turbo ein und kann 6kw (und mehr bis 7,5kw, siehe dein diagramm) leisten. ein cop von 4,7 in der 4kw klasse ist weltrekord, weil kleine kompressoren sich mit dem cop schwerer tun als große 10kw brummer.

modulierende sole-wp machen es also möglich den alten zielkonflikt zu eliminieren und die wp auf den gewichteten hauptbetrieb zu optimieren und trotzdem viele reserven für den auslegungsfall zu haben...

zitat..
alpenzell schrieb: Und zum Schluss sind die ganzen Überlegungen für die Katz, weil viele Hersteller WPWP [Wärmepumpe]’s erst ab 6kW Leistung anbieten. Und da komme ich zum nächsten Problem, dem Takten...

bei heizlast im passivhausbereich wie bei dir hinken viele massenhersteller noch nach. neben den oben genannten geräten kann die nib/knv 1155 bis auf 1,5kw runtermodulieren ohne abzuschalten (!).
taktprobleme werden nicht, wie vom heizungsbauer meist verkauft, durch pufferlösungen vermieden, sondern durch eine passende hydraulik ohne einzelraumregler. die heizflächen bilden so den nötigen (verlustfreien) puffer und stehen der wp immer zur verfügung. das funktioniert sogar mit radiatoren wie bei mir...

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  •  dyarne
  •   Gold-Award
16.6.2015  (#13)

zitat..
eggerhau schrieb: Die Langzeiterfahrung bei diesen Geräten fehlt aber noch.
Vielleicht gibt es ja hier im Forum Erfahrungsberichte...

die gibts ja noch nicht.
richard wird im sommer die erste in A bekommen, wir werden von inbetriebnahme, estrich ausheizen - natürlich per wp und erdquelle - und den ersten winterdaten berichten...

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  •  alpenzell
16.6.2015  (#14)
@ dyarne: danke für die ausführliche und verständliche Antwort, ich denke, damit ist nicht nur mir geholfen.

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