Diskussions-

Grundlage

09.02.2003

Sinnvolle Kombinationen von Wärmepumpen mit der Betonkernaktivierung II

 

 
Allgemeines WP-Funktion Funktion-Heizzahl
Betonkernaktivierung Einbauvarianten Diskussion WP-Ökobilanz

 

 

Auf die nachfolgend beschriebenen Systemlösungen sind wir durch mehrere Gespräche mit dem Ingenieurbüro Dieter Stein, Bammental, aufmerksam geworden. Wir möchten die Lösungen kurz vorstellen.

 

 

Wir haben uns inzwischen intensiv mit den möglichen Heizkonzepten für unser Energiesparhaus auseinandergesetzt. Obwohl wir bereits mit dem Bau begonnen haben steht die entgültige Konzeption unseres Heizkonzeptes noch nicht fest. Derzeit steht fest, dass ein Solarkollektor (9m²) zum Einsatz kommt, welcher in den Sommermonaten und in der Übergangszeit genug warmes Wasser für den Brauchwasserbedarf bereitstellen kann. Zusätzlich befindet sich im Brauchwasserspeicher ein Heizstab für den Notbetreib.

 

Bild 1

 

Mit der oben dargestellten Anlage ist es jedoch nicht möglich, in den Wintermonaten ausreichend viel ausreichend warmes Wasser herzustellen. Deshalb benötigen wir auf jeden Fall eine weitere, wetter- und sonnenscheinunabhängige Wärmequelle. Standardmäßig dient als derartige Wärmequelle eine Verbrennungsheizung. Da wir auf keinen Fall selber fossile Brennstoffe verbrennen wollen, bestand bis jetzt die Idee, mit einem wasserführenden Pelletkaminofen die Wärmelücke zu schließen. Der Pelletofen sollte im Wohnzimmer aufgestellt werden und 80% seiner Wärmeabgabe an einen Pufferspeicher übergeben, als welchem Brauchwasser und Heizungswasser für Radiatoren entnommen werden kann. Das Konzept ist an anderer Stelle bereits ausführlich referiert worden. Der Pelletofen hat jedoch den Nachteil, dass die Pellets nur als Sackware gekauft werden kann, welche unverhältnismäßig teuer sind. Zudem werden dabei auch 20% der Wärme an den Raum abgegeben, auch wenn dort keine Wärme benötigt wird.   

 

Bild 2

Des Rätsels Lösung ist der Einsatz einer Wärmepumpe. Die Wärmepumpe pumpt Wärme aus dem Erdreich in den Kombikessel und erzeugt dort warmes oder besser sogar heißes Wasser, welches für den Brauchwasserbedarf und für die Erwärmung der Radiatoren mit heißem Wasser decken kann. Die Betrachtung hat nur einen kleinen Haken, sie ist unwirtschaftlich, wie aus den zuvor dargestellten theoretischen Betrachtungen ersichtlich wird. Trotzdem ist dies die standardmäßig eingesetzte Variante.

 

Bild 3

Bisher hat die Betrachtung wenig mit Betonkernaktivierung zu tun gehabt, das wird sich hiermit ändern. Die Wärmepumpe übergibt normalerweise - wie in obiger Grafik ersichtlich, die freiwerdende Wärme an ein anderes Transportmedium, meißt Wasser, welche über den Wärmespeicher an Radiatoren gepumpt wird. Hierfür muß das Wasser wie in die Solarkollektoren gepumpt werden.

 

Bild 4

Es ist jedoch auch möglich, dass der warme, unter Druck stehende Teil des "Kältemittelkreiskaufes" seine Wärme nicht an Wasser sondern an andere Feste Baukörper abgeben kann. Als fertige Lösung wird z.B. eine Wandheizung angeboten, die über eine Wärmepumpe betrieben wird, ohne dass das Wärmetransportmedium wechselt. In der Wärmepumpe selber verbleibt nur der Verdichter und das Expansionsventil. Da wir jedoch keine Wandheizung wünschen und auch eine klassische Fußbodenheizung im Estrich nicht möglich ist, suchen wir derzeit nach einer Möglichkeit, die Wandheizung in den Boden zu legen, was einer Betonkernaktivierung entspricht. Die klassische Betonkernaktivierung arbeitet im Gegensatz zu der gerade beschiebenen Lösung mit Wasser, welches in Kunststoffleitungen geführt wird.  Doch auch diese Lösung ist uns noch nicht ausgereift genug.

 

Bild 5

Nicht ausgereift deshalb, weil die Wärmepumpe nicht mit der Solarkollektoranlage kombiniert ist. Die linke Darstellung ähnelt Bild 3, trotzdem haben wir die Grafik neu zusammengestellt, weil das Wirkungsprinzip auf den Kopf gestellt wurde. Die Wärmepumpe ist nicht mehr mit der wärmeabgebenden, sondern mit der wärmeaufnehmenden Seite mit dem 1.Pufferspeicher verbunden. Dargestellt ist der Winterbetrieb. Im Winterbetrieb erreicht die Temperatur im Pufferspeicher bei alleiniger Beheizung über die Solarkollektoren keine 35 Grad. Damit kann weder Brauchwasser erwärmt werden, noch reicht es für den Betrieb von Heizkörpern. Jedoch ist der Solarspeicher immer noch eine sehr gute Wärmequelle für die Wärmepumpe.

 

Bild 6

Bild 7
Bild 7 ist eine Kombination aus Bild 3 und Bild 6. Die Sonnenkollektoren heizen den großen Pufferspeicher auf 30 Grad auf. Die Wärmepumpe entnimmt permanent Wärmeenergie aus dem großen Pufferspeicher in den kleinen Brauchwasserspeicher oder nutzt die Wärme für die Betonkernaktivierung. Auf diese Weise kann im Winterbetrieb weit mehr Wärme über die Solarkollektoren gewonnen werden, als über die gängige Variante. Zudem erreicht die Wärmepumpe über die hohen Vorlauftemperaturen sehr hohe Heizzahlen (bis 8) und sind somit höchst wirtschaftlich. 
Bild 8
Bild 8 zeigt ein Detail der Wärmepumpe genauer. Im Winter wird als Wärmequelle für die Wärmepumpe auch der Solarspeicher genutzt. Im Solarspeicher werden an kalten Tagen nur niedrige Wassertemperaturen erreicht. Mit der gespeicherten  Wärmeenergie alleine kann weder geheizt noch warmes Brauchwasser erzeugt werden jedoch ist das Wasser immer noch wärmer als das Erdreich, aus dem die Wärmepumpe normalerweise die Wärmeenergie bezieht. Die Wärmeenergie des großen Solarspeichers wird mittels WP in den kleinen Brauchwasserspeicher überführt, aufgrund "relativ hoher" Vorlauftemperatur mit einer akzeptablen Heizzahl. 

Bild 9

Bild 9 zeigt die Gesamtkonfiguration der Anlage einschließlich der Fußbodenkernheizung. 

Die Betonkernaktivierung sollte nicht wie standardmäßig mit einer wassergeführten Anlage erfolgen, sondern  wie von herrn Stein vorgeschlagen mit Kältemittel betrieben werden. Diese Konfiguration ist bisher für Wandheizungen erprobt, als Heizun in der Betondecke fanden wir bisher keine Referenzinstallation. Uns interessiert nun speziell die Anforderungen an das Rohrmaterial, das in der Betondecke verlegt werden könnte. Zudem interessiert uns ein Lösungsvorschlag für die genaue Verschaltung und Steuerung der Gesamtanlage. 

Index:

1 - Wärmepumpe

2 - großer Pufferspeicher

3 - Verdichter WP

4 - Expansionsventil WP

5 - Bypass zum Pufferspeicher

6 - Bypass vom Pufferspeicher

7 - Umschalter zum kleinen Brauchwasserspeicher in WP

8 - kleiner Brauchwasserspeicher

9 - Solarkollektor

10 - Betonkernaktivierung

11 - Wasserzufuhr/Entnahme

12 - Kreiselpumpe Solarkollektor

 

 

 

 

 

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