Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Erfahrung zeigt, dass die Wassertemperatur ab dem Kondensator von Wärmepumpen insbesondere bei Luft-Wasser-Wärmepumpen deutlich über dem mittleren Heizungsvorlauf liegt. Dies ist energetisch nachteilig. Man kann diesen Nachteil beheben, wenn man den Senkenmassenstrom durch den Kondensator so steuert, dass die Wassertemperatur ab Kondensator, nach Aussentemperatur geführt, dem Heizgesetz entspricht. Auf diese Weise erhält man sowohl eine einwandfreie hydraulische und energetische Entkoppelung von Lade- und Lastkreis als auch eine leistungszahloptimale Führung der Kondensationstemperatur. Eine modellmässige Abschätzung des Verbesserungspotentials durch die Massnahme ergibt eine Erhöhung der Leistungszahlen von bis 20 % bei höheren Umgebungstemperaturen. Die Wärmepumpe wird damit zur einbaufertigen Einheit, die mit dem Wärmeverteilsystem ohne weitere Massnahme harmoniert (Plug-and-play), bei der nur noch das Heizgesetz auf die Anlage abgestimmt werden muss.
Das Konzept hat bei zwei Anlagen einwandfrei funktioniert. Es hat sich aber auch gezeigt, dass die Voraussetzungen dazu geschaffen werden müssen. Neben einem auch beim höchsten Durchsatz einwandfrei schichtenden Speicher bedarf es eines schnell arbeitenden Regulierventils. Der Kondensator muss so ausgelegt werden, dass die Druckverluste beim grössten vorgesehenen Massenstrom noch in erträglichen Grenzen bleiben. Schliesslich sind die Ein- und Ausschaltfühler am Speicher so zu positionieren, dass der Speicherinhalt möglichst maximal genutzt werden kann.
Der Speicherinhalt ist primär nicht durch die thermische Kapazität sondern durch den Heizkreismassenstrom gegeben. Die zeitliche Reserve des Speichers ist gegeben durch den Speicherinhalt dividiert durch den Heizkreismassenstrom. Bei einer Stunde Sperrzeit würde dies einem Speichervolumen entsprechen, das gleich dem stündlichen Durchfluss ist. Das führt in der Praxis zu grossen Speichern. Man kann das dadurch mildern, dass man beispielsweise den Heizkreismassenstrom bei Stillstand der Wärmepumpe durch ein Drosselventil halbiert. Dadurch steigt die Spreizung der Systemtemperaturen auf etwa das 1.5-fache. Dies vergrössert die zeitliche Reserve des Speichers um den Faktor 2. Allerdings ist die mittlere Temperatur zwischen Vor- und Rücklauf, die für die Wärmeabgabe an die Räume verantwortlich ist, ebenfalls etwas kleiner, sodass in dieser Phase die Wärmeabgabe etwa um 30% sinkt. Dies kann während der Sperrzeiten um die Mittagszeit akzeptiert werden.
Bei den untersuchten beiden Anlagen liegen die Gewinne bei den Jahresarbeitszahlen bei 11% (Anlage A) resp. 8% (Anlage B). Bei Anlage A würde der Gewinn sogar bei etwa 12% liegen, wenn der Speicher genügend gross wäre und einwandfrei schichten würde. Auswertungen von 16 im Feld gemessenen Anlagen zeigen ein Verbesserungspotential der Jahresarbeitszahl von etwa 18% bei den Luft-Wasser-Wärmepumpen und 5% bei den Sole-Wasser-Maschinen.
Das Konzept ist bei allen hydraulischen Standardschaltungen anwendbar, zeigt aber seine Vorteile besonders bei der Kombination von Luft-Wasser-Wärmepumpe und Bodenheizung.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hubacher Engineering
Enertec AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Hubacher,Peter
Ehrbar,Max
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The post condenser water temperature in air-water heat pumps is usually much higher than the set temperature. This is not efficient and can be improved by setting the mass flow through the condenser via an ambient temperature sensor. In this way an optimal hydraulic and energetic decoupling of the sink and source systems is achieved, as well as a power optimised control of the condenser temperature. A model shows a COP improvement of 20% at higher ambient temperatures.
The method performed perfectly in two installations, but also demonstrated that the correct conditions need to be met. In addition to a storage tank which works well under high mass flow, the control valve must operate quickly. The condenser must be dimensioned such that the pressure drop under the highest flow conditions remains within acceptable limits. Finally the storage tank on/off sensors must be positioned allowing the maximum use of the stored capacity.
The stored capacity is defined primarily by the mass flow of the heat distribution system and not by the thermal capacity. Its volume divided by the heated circuits flow defines the reserve period of the tank. This leads in practice to over dimensioned storage tanks. But the heated circuit flow can be halved by a throttle valve when the heat pump is not operating. This doubles the storage tanks reserve time. However the average temperature between the feeder and return systems falls slightly and the amount heat that can be transferred falls by about 30%.
In the investigated installations the SPF increased by 11% (installation A) and 8% (installation B. Analysis of further 16 measured installations show a possible SPF improvement of 18% for air-water heat pumps and 5% for brine-water aggregates.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hubacher Engineering
Enertec AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Hubacher,Peter
Ehrbar,Max
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