DINGLER SOLAR WÄRMEPUMPENTECHNIK
Entwicklung und Vertrieb energiesparender Produkte und Systeme

ENTWICKLUNGSZIEL:

Die weltweit effizienteste Luftwärmepumpe. Mindest COP 4,8 bei A2W35 nach EN14511. Geringste Kältemittelinhalte pro kw Heizleistung mit max.200gr/kw. Auslegung auf höchste Lebensdauer.Umfassendste permanente Kältekreis und Effizienzüberwachung. Anlagenvisualisierung mit Fernüberwachung-diagnose-einstellung als Standard.
ENTWICKLUNGSSTAND 1.Jan.2017 :
Prototyp im Alltagsbetrieb seit Dez.2014. Als "Allein" Heizsystem für unser Eigenobjekt Haus 2050. Anlage ist seit September 2015 im Fachpartnerbereich im Online Live Betrieb zu beobachten. Mit Extra Vorführungen zur Leistungsfähigkeit, zum Beispiel bei der WW Bereitung mit hohen Temperaturen und mit jetzt schon überragender Effizienz.Das ehrgeizige Ziel die weltweit effizienteste Luft Wasser Wärmepumpe zu bauen, ist mit diesem Prototyp bereits erreicht. Effizient, gilt für die im nördlichen Mitteleuropa relevanten Betriebspunkte und der hiermit erreichbaren höchsten Jahresarbeitszahlen (JAZ). Eine JAZ von grösser 5 für eine Luftwärmepumpe an einer Wärmesenke 35>30 bei einer Auslegungs AT von -16°C (zB unser Standort) ist erreichbar (Wetterdaten des Referenzjahres) Dies selbst bei höheren WW Anteilen. Bei der thermischen Zwischenspeicherung hoher Anteile fluktuierender Solarenergie, wie das bei unserem Eigenobjekt Haus 2050 der Fall ist, reduziert sich natürlich die JAZ, bedingt durch die höheren Mitteltemperaturen auf der Heizseite. Für Mitte des Jahres 2017 suchen wir 2 Referenzobjekte, hier in der Region (50km Umkreis), mit vertraglich spezifizierter und garantierter Mindest JAZ und 5 Jahren Vollgarantie.
BESONDERHEITEN:
Luft-Sole-Splitsystem. Basis ist immer die eigenentwickelte Sole Wasser Wärmepumpe auf dem jeweils neuesten technischen Stand. Dies bedeutet, dass jede Effizienzverbesserung der Sole WP auch der Luftversion zu Gute kommt. Die Innovation ReFuga* (Permanente Überwachung des vollhermetischen Kältekreises auf Kältemittelverlust) ist hier ebenfalls integriert. Vollkommen neue Luft-Sole-Kühlertechnik. Völlig neue Abtautechnik. Aber nicht das Prinzip des Luft-Sole-Kühlers ist das besondere, sondern eine völlig neue Luft Sole Kühlertechnik. Siehe Ausseneinheit Typ B (Eigenentwicklung), mit überragenden Vorteilen gegenüber der etablierten Technik. Völlig neue Warm-Abtautechnik: Keine Prozessumkehr ( PUK ) des Kältekreises und damit ständige Höchstbelastung aller Kältekreiskomponenten inkl. Verdichter. Keine Elektroabtauung. Die Warmabtauung erfolgt ohne Unterbrechung des Heizbetriebes ! Die Wärmepumpe heizt ohne Unterbrechung weiter ! Bedingt durch die jetzt höhere Soletemperatur, steigt sogar Ihre Heizleistung. Vorrangig erzeugt sie WW während des Abtauintervalls.Weitere patentrelevante Merkmale sind hier nicht aufgeführt.Höchste Effizienz,Lebensdauer (20 Jahre Garantie auf den Kühler ohne Ventilator), Robustheit,Verschmutzungsunempfindlichkeit,Wartungsfreundlichkeit, Korrosionsresistenz. Rohstoffsparende Herstellung aus ökologisch unkritischen Materialien. Dies bei geringeren Herstellkosten. Für Massenfertigung geeignet. Keine Verbundwerkstoffe. Zu 100% Sortenrein trennbar. Voll recyclebar. Einschränkungen gelten teilweise für den Hocheffizienzventilator. Angenehme Optik. Im Freien quasi nicht hörbar. Besucherreaktionen: Die läuft doch gar nicht!  Voll integrierbar ins EE-Netz der Zukunft.Übertrifft als Bestandteil unseres Gesamtsystems weit alle bisherigen Smart Grid Ready Anforderungen. Speziell ausgelegt auf eine hocheffiziente,tagesweise Zwischenspeicherung volatiler erneuerbarer Energie,sowohl aus PV Eigenstrom als auch aus dem Netz.Stichwort Netzmanagement. Mehr hierzu erfahren Sie unter den Rubriken: PV Wärmepumpe, SimpleGrid* und Haus 2050*. Desweiteren besticht diese Wärmepumpe durch eine bisher unerreichte Effizienz bei der WW Bereitung, auch bei hohen Temperaturen. Zum Beispiel: Wasser von 20°C >50°C bei B0 (Sole Ein 0°C  Aus -3°C) COP 4,45. Desgleichen, aber 20°C > 65°C COP 3,5. Bis 75°C möglich!
WÄRMEPUMPE:
Solewasserwärmepumpe Heizleistung 10,9 kw bei B0W35 COP 5,2. Als Luftversion: A2 W35 COP 4,8, A-7W35 COP 3,76, A10 W35 COP 5,66, nach EN14511. Werte nicht zertifiziert ! Eigene Prüfstandswerte. Siehe unter Messtechnik. Bitte beachten: Die im Moment eingesetzte Sole-Wasser-Wärmepumpe entspricht Generation 1 ( Urversion ). Wird ab KW 3/17 durch Generation 3 ersetzt. Mit EEV statt TEV, grösserem und stetiggeregeltem IWT und noch höheren COP's.  R407C. Füllmenge: 1,95kg.
AUSSENEINHEIT:
Testaufbau mit 2 völlig verschiedenen Ausseneinheiten im Praxisvergleich. Beide in Luft Sole Kühlertechnik (Brine Cooler) A: Optimierte konventionelle Technik (siehe unter Produkte LUSOL-AE10 ) Tischkühlereinheit in konventioneller aber optimierter CU/AL Lamellentechnik (T+F-Coil).Von uns spezifiziertes und für uns hergestelltes OEM Produkt. B: Eigenentwicklung (Patent in Vorbereitung) Völlig neue Luft Sole Kühlertechnik. Je widriger die Bedingungen, desto mehr zeigt diese völlig neue Technik Ihre absolute Überlegenheit. Zum direkten Vergleich sind beide Einheiten, sowohl einzeln als auch parallel geschaltet betreibbar.
Hier sehen Sie einen Screenshot des Online Monitoring der Wärmepumpe, eingebaut in das Energiesystem unseres Eigenobjektes Haus 2050. Zugang im Moment nur über den Fachpartnerbereich.Der unten folgende Text steht als Infoseite auch direkt im Onlinemonitoring.


Anlagenaufbau und Messtechnik:
Bitte lesen sie zum Verständniss dieser Wärmepumpe und zum Verständniss des Gesamtsystems in dem sie hier betrieben wird, auf der HP hier noch folgende Kapitel:
ReFuga*: Die Innovation für das Klima und gegen Kältemittelverlust.
Haus 2050: Unser Eigenobjekt inkl. Elektroauto und mit höchsten solaren Deckungsraten, auch im Winter! Mit transparenten Gesamtbilanzen aus 4 Jahren!
simple grid*: Das Netzmanagementsystem für die Energiewende bei Strom, Wärme und Verkehr.
Bitte beachten: Die im Moment eingesetzte Sole-Wasser-Wärmepumpe entspricht Generation 1 (Urversion). Wird im Febr. durch Generation 3 ersetzt. Mit EEV statt TEV, grösserem und stetiggeregeltem IWT und noch höheren COP's.
Die Luft: Bei Verdampfern und Luft-Solekühlern, ist die Leistung sehr stark von der rel. Feuchte abhängig. Je feuchter die Luft desto grösser ist ihr Energieinhalt (Enthalpie) Bei Zuluft + 2°C mit rel.F. von 89% (z.B 1 Testpunkt der EN 14511) und Abluft -3,1°C mit rel. F von 100%, beträgt der Latentanteil (Kondensat) 32% der Gesamtenthalpie! Also je feuchter die Luft, desto effizienter arbeitet die Ausseneinheit.In der Gesamtbetrachtung ist die Feuchte aber nur dann ein Vorteil wenn die Ausseneinheit sehr Vereisungstolerant ist.
Messtechnik:
Lufttemperaturen: Nordschattentemperatur (1m über Boden 0,1m Abstand zur hochgedämmten Wand) Südsonnenseitentemperatur (Messtelle: Lufteintritt Ventilator an Schattenposition). Eine Wetterstation der Wetterwarte Süd befindet sich in 500m Abstand. Höhe 579 m über NN. Eigenobjekt 588 m über NN. Mit sehr guter Übereinstimmung der Messwerte. Weitere 4 Wetterstationen der Wetterwarte Süd befinden sich in 2-4 km Luftlinienabstand. Höhen 570, 574, 605 und 661 m.Mit erstaunlichen Abweichungen im Kleinklima. Unser Standort gehört zu den Kältelöchern. Heizgradtage: 4453 (langjähriges Mittel am Referenzort Aulendorf 4km). Temperaturfühler: PT1000 Kalibriert auf den jeweils relevanten Temperturbereich.Referenz: 2 Werkskalibrierte Präzisionsdigitalthermometer mit Fühler Platin PT1000 EN60751 mit 1/10 DIN (+-0,03K ). Gesamtgenauigkeit incl. Messgerät besser 0,1K. Die Drucktransmitter für HD u ND sind mit einem werkskalibrierten Testo 570 auf die WP Regelung kalibriert. Gesamtgenauigkeit, besser 0,05 bar in den relevanten Messbereichen.
Mit den Solkane* Dampftafelwerten werden daraus to u. tc in der Onlinedarstellung berechnet. Beachten: tc endet nach unten bei 20° C.  Per 06.2.16 sind folgende WP relevanten Messwerte noch nicht in Laborgenauigkeit kalibriert: AT Nord, Sole VL u RL, Kondensat aus, EV ein, Sauggas.
Leistungs und COP Messung.
Elektro:
Messung mit 2facher Sicherheit.
A. Elektronik Digitalzähler Eltako DSZ-12D 3x 65A beglaubigt neu.
B. CAN EZ (TA) Baustein der Wärmepumpenregelung. Aktuellste Version (Hard u Soft). Die Werte dieses Zählers werden für die Onlinedarstellung und die COP/AZ Berechnung verwendet. Dieser Zähler zählt 1% mehr als Zähler A.
Aus technischen Gründen werden die Hilfsenergieverbräuche über einen separaten Zähler erfasst und sind in der COP Berechnung nicht enthalten. Abtauventil A9.2 u Abtaupumpe A7.2 sind aber enthalten.
Hilfsenergieverbraucher: Solepumpe 7-36W, automatisch drehzahlgeregelt 20-100%. Pufferladepumpe  5-21W, automatisch drehzahlgeregelt 20-100%, Durchschnitt 10W. Ventilator, automatisch drehzahlgeregelt 50-65%. Bei Nennbetrieb (50%) 35W. Wärmepumpenregleranteil 3W. Ergibt im Winterbetrieb eine Leistungsaufnahme von 84 W. Für eine korrekte AZ/JAZ sind vom angezeigten COP/JAZ 3,8% abzuziehen.
Die Wärmemengenzählung auf der Heizwasserseite erfolgt mit 3 facher Sicherheit.
A.Itron CF Echo ll 2,5 Ultraschallzähler EN1434 Kl.3  2%, Messrate 30s.
B.Qundis Q heat 5-2,5 .Ultraschallzähler EN1434 Kl.3 2%, Messrate 4s, Sonderausführung. Die Fühler sind nach den strengsten Standards direkttauchend, ohne Tauchhülse montiert. Für die Temperaturmessgenauigkeit der Zähler gilt die EN 1434. Ein wichtiger Punkt hierbei ist dass die Fühler auf eine hohe Differenzmessgenauigkeit gepaart sind, was ja für eine korrekte Verbrauchserfassung wichtig ist. Allerdings dürfen die Fühler in der Absolutwertanzeige sehr hohe Abweichungen aufweisen.
C. Zähler 3 ist Bestandteil der Regelung und wird für die Visualisierung u COP Berechnung verwendet. Seine Fühler sind mit unseren 2 Werkskalibrierten Präzisionsdigitalthermometern (s.o) auf hochgenaue Absolutwerte Kalibriert. Dieser Zähler zählt ca den Mittelwert dessen, was Zähler A u B zählen.
Visualisierung u. permanente Datenaufzeichnung:

CMI ca. 150 Datenpunkte P = 2 W, ohne Router, da dieser sowieso bauseits vorhanden.
Bitte beachten: Der grösste Teil der für dieses System genutzten Infrastruktur ist 30 Jahhre alt und nicht auf das jetzige System zugeschnitten. Im Alltagsbetrieb hier im Objekt gibt es im Moment noch folgende Einschränkungen: Der maximale Soledurchfluss ist im Moment, auf zu niedrige ca 1450 l/h begrenzt. Ebenso der max. Beladestrom auf ca 800l/h. Der Rücklauf des Frischwassersystems bringt bei jeder kurzen Zapfung kaltes Wasser in den nicht entkoppelten WP Rücklauf, wodurch sich schlagartig die Kältekreisregelbedingungen ändern. All dies mindert die schon sehr hohe Effizienz der WP etwas. Durch Nutzung eines leicht zugänglichen, aber völlig ungeeigneten Anschlusses, ist im Warmwasserbereitschaftsteil im Moment kein Schichtungserhalt im Wärmepumpenbetrieb möglich. Die Speicher sind in einem Verschlag montiert. Die Wärmeverluste kommen den beheizten bzw temperierten Bereichen zugute.
Vereinfachte Teil- Funktionsbeschreibung des dargestellten Systems:
Winterbetrieb:
Überschreitet der Solarstrahlungsmittelwert bzw. die PV Erzeugung die eingestellten Sollwerte, wird die Wärmepumpe eingeschaltet, sofern Speicher oder Heizkreis Wärme aufnehmen können. Ist im Warmwasserbereitschaftsteil von Speicher 1 ganz oben, der eingestellte Warmwassersollwert von 45-55°C (bis 75°C möglich) unterschritten, dann heizt die WP sofort in diesen Bereich.Selbst bei völlig ausgekühltem Speicher 1,steht durch das besondere Konstruktions- und Beladeprinzip der Wärmepumpe, bereits nach 10-15 min heißes Brauchwasser zur Verfügung. Zudem gibt es eine Manuelle Einmal Anforderung der Wärmepumpe durch den Nutzer.Unabhängig vom einem eingestellten Zeitprogramm, können hier 20-40 Liter Warmwasser geziehlt auf eine erhöhte Temp. von 50-60°C aufgeheizt werden. Siehe auf Seite Heizkreis die Taste: Hot Lady.Der restliche WW Vorrat bleibt aber auf Normaler WW Temperatur von zB 40-45°C. Ist der Warmwasserbereitschaftsteil auf seine Solltemperatur geladen, dann schaltet das Ladeventil  A3.1 in die Heizwasserzone des Speicher 1 und ladet die Speicher mit einer Zielvorlaufsolltemperatur, die sich sowohl nach der für den Heizbetrieb notwendigen Temperatur, als auch nach den schon in den Speichern befindlichen Temperaturen richtet. Stichwort: Erhalt der Speicherschichtung und Vermeidung von Exergievernichtung. Ist die Solareinstrahlung niedrig, werden die Speicher auch nur bis zu niedriger Endtemperatur geladen.Ist ein hohes Strahlungsangebot vorhanden, wird bis zu höchster sinnvoller Speicherendtemp. von 45-55°C geladen, um einen möglichst großen Speichervorrat anzulegen. Steigt bei höheren Einstrahlungen die Ladetemperatur des Speichers 3 ganz unten, über einen bestimmten Wert, dann wird die Heizkreispumpe eingeschaltet, auch wenn diese durch andere Bedingungen z.B. Raumgerät etc. eigentlich ausgeschaltet wäre. Bei Wand-und Fußbodenheizungen (Hier im Objekt mit Heizkörperheizung und hoher passiver Solarnutzung nur sehr eingeschränkt möglich) wird so zusätzlich deren Speichermasse genutzt, unter Inkaufnahme von zeitweise etwas höheren Raumtemperaturen als notwendig. Da die dargebotene Energie der Sonne und damit der WP zu diesen Zeitpunkt ökologisch und finanziell sehr günstig ist, braucht hier nicht primär auf den Wirkungsgrad und sparsame Raumtemperatur geachtet werden. Es kann optional auch nur eine automatische, selektive Überschussheizung  für Nordräume stattfinden. Ist die Solareinstrahlung niedrig und die gespeicherte Energiemenge aufgebraucht, dann wird bei unterschreiten der minimal notwendigen Witterungsabhängigen Heizungs-Solltemperatur, auf Minimalvorratladung gereglt. Die WP heizt dann nur die momentan notwendige Energiemenge, plus einen geringen Vorrat von 100-500 l in Speicher 1 nach. Für eine Mindestlaufzeit von 0,5-1Std pro Takt.
Das warme Wasser wird über ein Frischwassersystem aus dem Heizwasser erzeugt. Dieses System hat, wenn mit der richtigen Technik ausgeführt, die mit weitem Abstand höchste Hygiene u. die höchste energetische Effizienz, aller WW Systeme.
Sommerbetrieb:
Ist auf Grund der durchschnittlichen Außentemperatur kein Heizbetrieb mehr nötig, dann heizt die Wärmepumpe nur noch auf erhöhten Warmwasservorrat. Bei schlechtem Wetter und niedriger Einstrahlung wird nur eine kleinere Menge Warmwasser (zB 100 l) auf Vorrat geheizt. An guten Tagen, wird im Speicher 1 ca 400-1000 Lit. Wasser auf 55°C auf geheizt, so dass damit Schlechtwetterperioden von mehreren Tagen im Sommer überbrückt werden können. Das restliche Puffervolumen bleibt dabei kalt auf 20-25°C. Dies und die extrem gute Wärmedämmung der Speicher, führt zu sehr geringen Wärmeverlusten der bereits vorrätigen Heisswassermenge.Die Wärmeverluste hier im Objekt, sind im Moment allerdings teilweise erhöht, weil durch Umbauten Schüttdämmung aus einem Verschlag ausgetreten ist.Waschmaschine u Geschirrspüler haben WW-Anschluss u. nutzen das von der Solar WP erzeugte WW. Aus 1 kwh Solarstrom wurden ja bereits 4-5 kwh WW ! (für eine optimale Wirksamkeit dieser Massnahme, wurden schon beim Neubau vor 30 Jahren separate Leitungen mit sehr kleinen Querschnitten zu diesen Geräten verlegt). Die Gesamtregelung schaltet optional ebenso Grossverbraucher wie Elektroauto, Waschmaschine, Trockner (Trockner hier nicht vorhanden) Geschirrspüler eigenverbrauchsoptimiert und / oder über Simpel Grid* gesteuert, ohne Komfortverlust. So sinkt der Jahresenergiebezug an gekauftem Strom für diese Geräte auf ein absolutes Minimum, sofern die Regelung von uns auf Eigenverbrauchsoptimierung programmiert wurde. Ebenso ist ein Betrieb nach Zeitvariablen Stromtarifen möglich. Es muss von uns meist nur eine andere Software aufgespielt werden.
Bitte beachten Sie bei der Anlagenbeobachtung: Es kann sein dass wir diese Seite aus technischen Gründen (Tests,Softwareupdates,etc) zeitweise sperren. Normalerweise maximal 1 Tag. Die Messwerte werden jede Minute automatisch aktualisiert. Die aktuelle Arbeitszahl (COP) ist bei der PC Darstellung ein Sekundenausschnitt und kann in bestimmten Betriebszuständen, zB. starker Durchflusswechsel extrem schwanken. Deshalb mindestens 5-10 Minuten betrachten Unplausible Anlagenfunktionen, liegen am fehlenden Verständnis des Betrachters über die komplexen Zusammenhänge des Systems, oder daran dass gerade Tests an der Anlage durchgeführt werden. Die Tages (TAZ) Monats(MAZ) und Jahresarbeitszahlen (JAZ) sind auf der Seite Bilanzen dargestellt. Die allerwichtigste Größe, ist die über die gesamte Zeit gemittelte Gesamt-Arbeitszahl. Diese kann selbst berechnet werden, indem die aufsummierte Heizarbeit (WP Heizseite) in kWh durch die aufsummierte Elektroarbeit (WP Elektro) in kWh geteilt wird. Beispiel: Am 21.1.2016 WP Heizseite 4 tausend (Zeile oben) und 268,9 kWh (Zeile drunter) = 4268,9 kwh und WP Elektro 0 tausend (Zeile oben) und 883,9 kWh(Zeile drunter) =883,9kwh. Ergibt eine Arbeitszahl von 4,83. Das heisst: aus 1 kWh Strom wurden 4,83 kwh Wärmeenergie erzeugt.Die Jahresarbeitszahl für eine Heizperiode rechnen wir zB vom 30.6.2015 - 30.6.16. Für die Heizperiode 2015/2016 lag die JAZ am 30.6.2016 bei 4,79 ! Dies, trotz folgender Bedingungen, die die Effizienz mindern: Heizkörperheizung 55/35 statt Flächenheizung 35/30. D.h: theoretisch 12,5 K erhöhte Heizwassermitteltemperaturen! Real aber wesentlich weniger. Zusätzlich erhöhte Heizwassermitteltemperaturen von der Wärmepumpe auf die Puffer, da diese auf Vorrat geladen werden ! (Solarnutzung u Netzmanagement) Die realen mittleren Heizwassertemperaturen zu den Heizkörpern und die zusätzlich erhöhten Heizwassermitteltemperaturen der Wärmepumpe auf die Puffer, lassen sich durch die permanente Datenaufzeichnung genau bestimmen. Bei gut wärmegedämmten Häusern, wie hier im Objekt, muss in den Monaten Sept.,Okt.,März,April, Mai, nicht, oder sehr wenig geheizt werden.Da die Aussentemperaturen hoch und die Vorlauftemperatur zu den Heizkörpern niedrig sind, wäre die Effizienz der WP noch besser. Dadurch würde die JAZ noch höher werden! Weitere Minderungen entstehen durch den Testbetrieb wie weiter oben schon beschrieben unter: Bitte beachten.
Bisherige Betriebserfahrungen:

Bis 8.1.16 hat dieses System ausschliesslich mit Luft abgetaut ! Maximal 2x pro Tag (2x bei At +2°C und rel. Luftfeuchte 96% Abtaudauer hier 20 min). In der Heizperiode 2015/2016 wurden bis 6.2.16 nur 6 Warmabtauungen gefahren! In der Heizperiode 2016/17 wurden vom 28.11 16 ( erste Warmabtaung ) bis 31.12.16, insgesamt 14 Warmabtauungen gemacht (max 1 Abtauung/Tag) Zum Vergleich: Wir kennen LWP mit bis zu 26 Abtauungen in 24h! An einem Tag bei AT -2°C und rel. Luftfeuchte 94% wurde hier nur die Ausseneinheit Typ B (Eigenentwicklung) mit 3 facher Tauscherüberbelastung betrieben, um höchsten Eisansatz zu provozieren. Nach 6 Std Dauerbetrieb wurde eine Warmabtauung eingeleitet, obwohl sich die mittlere Soletemperatur nur um ca 1K (ist ca 2,5 % COP Reduzierung) verschlechtert hatte, gegenüber dem völlig abgetauten Zustand. Dies liegt an der besonderen Konstruktion dieser Einheit, die imstande ist, sehr grosse Eismengen anzulagern, ohne das sich der Wärmeübergang rapide verschlechtert. Bei einer herkömmlichen Wärmepumpe, hat die Luftabtauung den Vorteil des niedrigen elektrischen Energieverbrauchs für die Abtauung. Es läuft nur der Ventilator. Bei unserer 11kw WP sind das nur 35W. Bei max 2 Abtauungen pro Tag a 0,25 Std sind das 0,5h x 0,035kw = 0,0175 kwh pro Tag an den atauintensivsten Tagen! Der Nachteil ist aber die längere Abtaudauer.Bei unserer WP wäre nun die Warmabtauung, elektrisch gesehen, sparsamer als die Luftabtauung. Der Ventilator ist aus, die Wärmeumpe läuft mit steigender Leistung weiter, weil der Aussenluftkühler jetzt mit warmer Sole aus dem Abtauwärmetauscher versorgt wird, wovon nur ein kleiner Teil für die Abtauung verwendet wird. Der Abtauwärmetauscher widerum, bezieht seine Wärmeenergie aus dem untersten und kältesten Bereich des Speicher 3. Die hier entnommene Wärmeenergie ist Anergie, also Wärme auf einem Temperaturniveau, das im Heizsystem nicht mehr genutzt werden konnte. Dies ist ein entscheidender Unterschied zu Anlagen mit Prozessumkehr (PUK) ! Bei Anlagen mit PUK wird dem Heizsystem Wärmeenergie auf Nutztemperaturniveau, also Exergie zum Abtauen entnommen. Die nicht zum Abtauen verwendete Anergie, wir bei uns gleichzeitig auf Nutzenergieniveau hochgepumpt. Der Grund warum bei uns die Warmabtauung oft den Vorzug vor der Luftabtauung bekommen sollte, ist aber noch ein anderer. Die Sonne scheint und die AT ist somit auch auf Höchstwert. Wird nun die WP für eine Luftabtauung von 15 min abgeschaltet, so dauert es nochmal 5 min,bis die WP wieder ihren vorherigen Best-COP erreicht. Es werden also 20 min bester Erntezeit verpasst. Bei 6 h Gesamttagesbetriebszeit entspricht das einem Verlust von 5,5% an bester Erntezeit mit bester Arbeitszahl.
Bei fast allen auf dem Markt befindlichen Wärmepumpen erfolgt die Warmabtauung inzwischen über Prozessumkehr (PUK). Der Vorteil ist die hohe Abtauleistung und damit ein schneller und sicherer Abtauvorgang. Keine besondere Beachtung findet hierbei die Tatsache, dass die Hauptmenge an Energie, die für einen Abtauvorgang benötigt wird, dem Gebäude als zuvor gelieferte Wärmeenenergie (also Exergie!) gestohlen wird. Gestohlen deshalb, weil diese Wärmemenge durch die verwendeten Wärmemengenzähler nicht rückwärts gezählt wird, da diese Zähler nur in 1 Richtung zählen. Nach dem Abtauvorgang liefert die WP nun erst die für die Abtauung entzogene Wärmeenergiemenge an das Gebäude zurück, bis der thermische Zustand erreicht ist, der vor der Abtauung bestand. Diese Wärmemenge wird aber natürlich vom Wärmezähler gemessen und dem Energieverbrauch des Gebäudes zugerechnet. Dies ist aber absolut falsch. Auswirkung: Je schlechter eine LWP, desto schneller vereist sie und umso häufiger taut sie ab. Je schlechter die LWP, umso stärker wird ihre gemessene JAZ, geschönt! Schönung bis zu 15%! Dies betrifft aber nur LWP mit PUK-Abtauung. So werden aber die vom BAFA geförderten LWP gemessen und somit alle falsch bewertet !! Ausnahme: Vaillant VWLxx Typen (weil Sole Split System mit Elektroabtuung). Umso erstaunlicher ist dies, obwohl es in der Schweiz eine ausführliche Untersuchung hierüber gibt. Bundesamt für Energie (BfE) Hubacher,Ehrbar: Verbesserung des Abtauens bei luftbeaufschlagten Verdampfern - Analyse gängiger Abtauverfahren. Stichwort: indirekte Abtauverluste.

Seiten 3 u 4 (Bilanzen)

Diese Seiten zeigen eine absolut detaillierte und aufgeschlüsselte Bilanzierung des gesamten Gebäudeenergiesystems, sowohl energetisch als auch finanziell, in Echtzeit und über die Betriebszeiten kumuliert (Tag/Vortag, Woche/Vorwoche, Monat/ Vormonat, Jahr/ Vorjahr, Gesamt)

ERWEITERTE INFO FÜR FACHMANN + EXPERTE UND LAIE :

Die Luft-Wärmepumpe: Effizienzpotentiale, Kritik, Energiewendetauglichkeit, sinnvolle Einsatzgebiete.
 
Effizienzverbesserungspotenziale an der Wärmepumpe selbst.
Status Quo:
Für die BAFA  (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle ) Förderung muss eine Luft-Wasser Wärmepumpe bei A2 W35 (A = Lufttemperatur, W = Heizwasservorlauftemperatur) einen COP von 3,1 erreichen (nach EN14511). Bereits im Jahr 2010 erreichte eine Vaillant VWL 8/xx einen COP von 4,0 nach den gleichen Kriterien und dies trotz einer Luft-Wärmepumpe auf der Basis einer Luft-Sole-Wasser-Wärmepumpe. Die eigentliche Wärmpumpe ist dabei eine Sole-Wasser-Wärmepumpe. Diese ist über einem Frostschutzkreis mit einem Außenluftkühler als Wärmequelle gekoppelt.
Eine Technik, die auf den ersten Blick nicht geeignet erscheint, eine normale direktverdampfende Luft-Wasser-Wärmepumpe zu toppen. Ein zusätzlicher Temperaturhub durch den Außenluftkühler mit Frostschutzzwischenkreis und der zusätzliche Hilfsenergieverbrauch der Solepumpe verschlechtern ja die Gesamteffizienz. Dass das Endergebniss aber ganz anders sein kann, war hiermit bewiesen. Die im Moment effizientesten konventionellen, direktverdampfenden Luft-Wasser-Wärmepumpen von Weider und Ochsner erreichen bei  A2 W35 (EN 14511) einen COP von 4,45.
Das heißt eine „Steinzeit“ Wärmepumpe mit einem COP von 3,1 und eine nach dem neusten Stand der Technik mit einem COP von 4,45 bekommen beide die BAFA Mindestförderung, obwohl die Wärmepumpe nach dem "Neuesten Stand" um ca. 43%! effizienter ist, als die Steinzeit WP! Stellen sie sich vor, das BAFA, würde einen Gaskessel mit 73 % und einen Gasbrennwertkessel mit 106 % fördern. Ein Aufschrei der Fassungslosigkeit würde durch die Fachwelt hallen. Bis dato bin ich offensichtlich der einzig Fassungslose. Nach ausführlicher Markt- und Technikrecherche, bin ich zu dem Schluss gekommen, dass die 4,45 mit heute Standardmäßig verfügbaren Komponenten, noch nicht das Ende der Fahnenstange sind. Eine einfache Überlegung hierzu, für jene, die sich noch nicht intensiv mit dieser Materie beschäftigt haben: Die 5 besten Sole-Wasser-Wärmepumpen, erreichen bei B0 W35 (nach EN 14511) einen COP von 5,0-5,2. Die Soletemperatur liegt bei Ein 0°C und Aus -3°C. (Tm -1,5°C). Die Prüfbedingungen für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, liegen bei: Lufteintritt +2°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 89%. Schafft ein Luft-Sole-Absorber bei diesen Bedingungen nun eine mittlere Soletemperatur von -1,5°C (Luft Ein+2°C zu mittlerer Soletemperatur = dT 3,5 K), dann läge der COP der Luft-Sole-Wasser-Wärmepumpe ebenso bei 5,0- 5,2. Abzüglich der Abtauverluste, sowie der Hilfsenergieaufwände von Ventilator und Solepumpe.
Um es kurz zu fassen:
Dieses Ziel haben wir fast erreicht. Der erste Prototyp liegt dank eines völlig neu entwickelten Luft-Sole-Kühlers bei einem COP von 4,8 nach EN14511. Mit einer völlig neuen Abtautechnik. (Patent in Vorbereitung). Dies, trotz der Verwendung eines Halbzeugs, das für diese Anwendung nicht optimal ist und mit einer Kühlerfläche, von etwa der Hälfte der dafür vorgesehenen Fläche. Dies bei geringeren Herstellkosten, höchster Effizienz, Lebensdauer, Robustheit, (20 Jahre Garantie auf den Kühler ohne Ventilator) Verschmutzungsunempfindlichkeit, Wartungsfreundlichkeit, Korrosionsresistenz. Rohstoffsparende Herstellung aus ökologisch unkritischen Materialien. Für Massenfertigung geeignet.


Effizienzverbesserungspotenziale in der Systemtechnik
Hinterfragen wir einmal völlig grundsätzliches:
Mir ist kein Fall bekannt, in dem eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, bewusst auf der Sonnenseite des Hauses aufgestellt wurde, obwohl dort die Tagestemperatur bei Sonneneinstrahlung deutlich über den Lufttemperaturen im Schatten auf der Nordseite liegen. Eine 1K höhere Zulufttemperatur bringt aber einen Effizienzgewinn von ca 2,5% ohne jeglichen Mehraufwand. Hindernd sind meist nur optische und akustische Gründe. Diese sind aber stark abhängig von der Art der Außeneinheit. Ein Sole-Split-Außenluftkühler ist viel kleiner als eine gleich starke und gleich effiziente Monoblock WP. Die besonders hartnäckigen Kompressorgeräusche (Nachbars Schlafräuber) entfallen hier. Bleibt somit nur noch das Ventilatorgeräusch. Dass dieses ein Niveau der fast Unhörbarkeit in 1m Abstand erreichen kann, beweist unsere neue Ausseneinheit.
Bis dato laufen alle Standard Wärmepumpen Tag und Nacht im gleichen Trott. Was für ein energetischer Unsinn. An milden Wintertagen oder Perioden, liegen die Tagestemperaturen 2 bis 5K über der Nachttemperatur. Je kälter aber der Tag oder die Periode desto größer die Tag/ Nacht Differenzen. Im sehr kalten und sonnigen Februar 2012 und ebenfalls im kalten Februar 2015 betrugen die Tag-Nacht-Lufttemperaturdifferenzen 10-20K ! Die Wärmepumpeneffizienz ist hier in der Nacht um 25-50% geringer als am Tage.
Die Vergleiche Nordschattentemperatur zu Südsonnenseitentemperatur (Messtelle: englische Hütte, wie DWD) sehen sie Live ab kommender Heizperiode an unserer Live-Online-Test-Wärmepumpe.


Die Luft-Wasser-Wärmepumpe und die Energiewende.
Zur Luft-Wasser-Wärmepumpe ist ein kritisches Verhältnis durchaus angebracht.
Denn, den höchsten Stromverbrauch hat sie in der kältesten Kernwinterzeit. Diese Zeit ist auch schon ohne Wärmepumpe die Periode der höchsten Netzlast. Das Solarangebot ist in diesem Zeitraum oft am niedrigsten. Ist zudem noch Windflaute, dann wird durch die Wärmepumpen und hier insbesondere die Luftwärmepumpen, die erforderliche Reservekraftwerksleistung weiter nach oben getrieben. Da diese Kraftwerke aber nur wenige Tage im Jahr benötigt werden, steigen deren Stromkosten pro kWh beträchtlich. Die geringe Jahresbetriebsstundenzahl verursacht hohe Fixkosten und damit hohe kWh Kosten. In einem zukünftigen, von den fluktuierenden Energiequellen Sonne und Wind bestimmenden Strommarkt, bestimmt das Angebot den Preis. Viel Sonne und oder viel Wind heisst, niedrigere Preise für die kWh Strom. Wenn keine Sonne scheint, oder kein Wind weht, steigt somit auch der Strompreis, da die Energie jetzt aus den die Stromtäler-füllenden Kraftwerken kommt.
Anderseits hat die Luftwärmepumpe natürlich den Vorteil und den Reiz der einfachen Quellenverfügbarkeit und damit der kostengünstigen Anlageninvestition. Dieser geringeren Anlageninvestition stehen aber höhere Betriebskosten entgegen. Diese werden in Zukunft, wenn Tageszeit und Jahreszeitvariable Stromtarife Standard sein müssen, weit über denen einer Sole-Wasser-Wärmepumpe liegen. Die erste und einfachste Formel um dieses Problem zu mindern lautet deshalb: 50% höhere LWP Effizienz ist gleich 50% geringere Betriebskosten und 50% weniger LWP-Reservekraftwerksleistung.
Nun stellt sich die Frage, in welche Richtung geht nun der allgemeine Wärmepumpentrend am Markt? Dieser geht zur modulierenden Wärmepumpe, die an möglichst vielen Tagen, dann 24 Stunden am Stück durchläuft. Was für eine unsinnige Entwicklung für das Erneuerbare-Energien-Stromnetz der Zukunft. Unser System ist diesem völlig entgegengesetzt, da wir mit einer hocheffizienten, überdimensionierten, nicht modulierenden Wärmepumpe auf Vorrat heizen! Mit Solar-Eigenstrom am Tage, bei höchster Lufttemperatur, mit höchster Effizienz. Alternativ auch dann, wenn zu viel Wind im Netz ist. Leider gibt es noch keine Erneuerbare-Energien-Angebotsabhängigen Stromtarife.
Fazit: Die momentane Wärmepumpenentwicklung, ist angepasst an, den momentan völlig absurden Strommarkt. Dies muss sich aber in Zukunft ändern, weil sonst definitiv keine Energiewende funktioniert. Darüber sind sich aber eigentlich alle einig, auch die, die Wärmepumpen bauen welche dafür nicht tauglich sind.
Die Smart Grid Ready Kriterien, die Wärmepumpen erfüllen müssen, welche ein solches Zeichen tragen dürfen, sind völlig unzureichend. Die Erneuerbare Energien Netz taugliche Wärmepumpe ist überdimensioniert und heizt vorrangig mit dem fluktuierend dargebotenen Sonnen- und Windstrom auf Vorrat. In den teueren Stromtälern ist sie gesperrt und es wird aus dem angelegten Vorrat geheizt. Leider sind Pufferspeicher in manchen Kreisen als WP Effizienzkiller in Verruf geraten.Grund ist, das primitive und uneffiziente Speichermanagement. Beladung mit ungeregelten Volumenströmen im Durchmischbetrieb. Dadurch bedingt, höhere durchschnittliche Heizwassertemperaturen im WP Kreis, als im Wärmenutzungskreis.Diese Kritik ist richtig.
Aber es geht auch völlig anders!
Beispiel: Pufferspeicher zur Erreichung einer Mindestlaufzeit so wie bisher üblich:
Forderung : FB Kreis konstant VL 35°C, RL 30°C ,WP ebenso! Start bei gesamter Puffer auf 30°C entladen. WP startet und heizt sofort auf eine fixe Volumenstromgeführte VL Temp. von 35°C.
Nimmt der FB Kreis nur 30% dieses Volumenstromes auf, dann strömen die restlichen 70% oben in den Parallelpuffer und schichten diesen von oben nach unten mit 35°C durch. Ist der Puffer voll, dann steigt die RL Temperatur zur WP augenblicklich von 30 auf 35° und die WP schaltet ab. Die Fbhz holt jetzt die 35° oben aus dem Puffer und liefert unten die 30° rein, bis diese oben am Puffer angekommen sind. Also absolut keine Effizienzeinbuße an der WP! Diese Technik praktizieren wir in anderen Bereichen bereits seit es eine Pumpendrehzahlregelung gibt, also seit über 20 Jahren!
Fazit: WP und Puffer mit der richtigen Technik kombiniert, bedeutet keinerlei Effizienzeinbuße!
Im EE Netz der Zukunft und bei der Nutzung von PV-Eigenstrom, geht es aber nicht nur um eine Laufzeitverlängerung, sondern auch um die, zumindest tagesweise Zwischenspeicherung von Heizwärme. Speicherung bedeutet Temperaturerhöhung (ausser bei Latentspeichern, die aber andere eklatante physikalische Nachteile haben). Und Temperaturerhöhung bedeutet bei einer Wärmepumpe immer Effizienzeinbuße, egal ob die Speicherung im Estrich einer Fbhz oder im Puffer oder in beiden stattfindet. Beim Puffer sind i.d.Regel die Ladetemperaturen höher und die Wärmeverluste sehr niedrig. Beim Estrich, sind bei grosser Masse, die Ladetemperaturen niedriger, dafür aber die Wärmeverluste durch Raumtemperaturüberhöhung hoch. Dies ist aber stark objektspezifisch und nicht pauschal gültig. Der absolute Vorteil des Puffers ist die gezielte Wärmebereitststellung "Just in time."
Eine Exergiegerechte Pufferbeladung für die Kombination mit einer Fussboden oder Wandheizung funktioniert in unserem System so: Fbhz VL40° RL 25° (Tm=32,5°) statt VL35°,RL30° (Tm32,5°).
Pufferbeladung 25°<50° in einem Durchlauf (Tm=37,5°). Mittlere Ladetemperatur 37,5° - mittlere Nutztemperatur 32,5°=5K Differenz x 2,5%/K=12,5% Effizienzminderung. Bei Eigenstromnutzung ist dies energetisch sinnvoll und finanziell sehr lukrativ. Auch auf das Gesamtstromnetz bezogen, wäre jede andere Zwischenspeicherung von fluktuierend dargebotenem Sonnen- und Windstrom energetisch wesentlich ineffizienter und finanziell zig-fach teurer.


Sinnvolle Eisatzgebiete der Luft-Wasser-Wärmepumpe.
Entgegen der unehrlichen Herstellerwerbeprospekte bei denen es hauptsächlich nur ums Verkaufen geht, sind aus ökologischer, energiwirtschaftlicher und nicht verkaufsgetriebener Sicht folgende Anwendungen und Einsatzgebiete sinnvoll:


A. Im Altbaubereich: kombinierter (bivalenter) Betrieb einer rein Eigenstrombetriebenen PV Wärmepumpe mit der schon vorhandenenen Öl, Gas,Holz Heizung. Je niedriger die Betriebstemperaturen des vorhandenen Heizsystems sind, desto effizienter arbeitet diese Kombination. Der alte Kessel bleibt bestehen da dieser nur noch ca. 40-50 % der Jahresheizarbeit verrichtet. Der Kesselwirkungsgrad ist auch bei einem 30 Jahre alten Kessel noch gut und der Schadstoffausstoss geringer weil er weniger taktet und seine Auskühlverluste stark reduziert werden. Netzhöchstlasten und Stromhöchstpreise werden so ohne jegliche weitere Investitionen vermieden! Millionen von "Netzhöchstlastvermeidern" stehen bereits in den Kellern. Es wäre ein katastrophaler Fehler diese rauszuschmeissen! Diese Variante ist die EE freundlichste, die Netzdienlichste und die Zukunfts-Stromtarif-freundlichste.


B. Im Altbaubereich: kombinierter (bivalenter) Betrieb mit der schon vorhandenenen Öl, Gas,Holz Heizung.
Der alte Kessel bleibt bestehen da dieser nur noch ca. 10-20 % der Jahresheizarbeit verrichtet. Je niedriger die Betriebstemperaturen des vorhandenen Heizsystems sind, desto effizienter arbeitet diese Kombination. Der Kesselwirkungsgrad ist in dieser kurzen Kernwinterperiode auch bei einem 30 Jahre alten Kessel noch gut und der Schadstoffausstoss geringer weil er weniger taktet und seine Auskühlverluste extrem reduziert werden.. Netzhöchstlasten und Stromhöchstpreise werden so ohne jegliche weitere Investitionen vermieden!
Millionen von "Netzhöchstlastvermeidern" stehen bereits in den Kellern.Es wäre ein katastrophaler Fehler diese rauszuschmeissen!


C.Im Neubau als Alleinheizsystem (monovalent)

Wenn Gebäudedämmstandard kleiner als KFW 40 bis Passiv-Haus Standard. Hier ist die Heizlast und damit Winternetzbelastung tolerierbar. Wie sie an unserem Eigenobjekt sehen, sind hier dann auch sehr hohe winterliche PV-Eigen-Deckungsanteile möglich.Für die Wärmepumpe ist immer eine Niedertemperaturheizung einzubauen! Auslegung 35/30 oder niedriger! Natürlich können Wärmepumpen auch Heizkörperheizungen mit 60° Vorlauf betreiben, wie es die schöne Werbung verspricht. Aber können, heisst noch lange nicht "sollen". Denn es ist energetisch und ökologisch unsinnig. Im Zuge der Energiewende wird es in naher Zukunft auch wirtschaftlich unsinnig werden.

Fazit:  In der Luft-Wärmepumpe schlummert das höchste Potenzial zur Effizienzsteigerung von allen Wärmepumpen, sowohl in der Wärmepumpe selbst, wie auch in den Betriebsweisen und in der Anlagensystemtechnik. Wir haben einen grossen Teil des Potentials schon gehoben.

Weiteres Interesse?  Mehr zum aktiven Netzmanagement unter simple grid und Haus 2050

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