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1.9 Gebäudekühlung (in Vorbereitung)
SOLINK-Wärmepumpensysteme können zur aktiven Küh-
lung von Gebäuden eingesetzt werden. Die Kühlung wird
dabei entweder über Luft oder über vorhandene Heizflä-
chen (i. d. R. Fußbodenheizung) vorgenommen. Luftküh-
lung kann über einen in der Lüftungsanlage integrierten
Kühl-Wärmetauscher realisiert werden. Bei Gebäuden
ohne aktive Lüftung erfolgt sie durch einen Konvektions-
kühler.
Die Kühlung kann über zwei unterschiedliche Verfahren
realisiert werden:
1.
Wärmepumpe mit Kältekreisumkehr
2.
Kühlabwärmenutzung und zeitversetzte Rückküh-
lung
Bei der Kältekreisumkehr wird der Kondensator der Wär-
mepumpe zum Verdampfer und kühlt den Heizkreis – z. B.
die Fußbodenheizung – ab. Der Verdampfer wird zum
Kondensator: die Abwärme wird an den Solekreis übertra-
gen und dort über die Kollektoren an die Umgebung ab-
geführt. Wärmepumpen mit integrierter Kältekreisumkehr
können zum Kühlen mit SOLINK verwendet werden.
Das Konzept der Kühlabwärmenutzung besteht darin, die
Kühlabwärme zunächst zur Warmwasserbereitung zu nut-
zen und den Überschuss zwischenzuspeichern. Zeitlich
versetzt, auch während der Nacht, wird dann die Wärme
bei tieferen Kollektor- und Außentemperaturen wieder ab-
gegeben. Bei diesem Konzept kann ein Teil des Strombe-
darfs für Kühlen und Warmwasser gleichzeitig genutzt
werden, sodass der Mehrstromverbrauch durch Kühlen re-
duziert wird.
Dieses Kühlkonzept ist aktuell nur mit Projektreglern der
Firma Waterkotte zu realisieren.
Für größeren Kühlbedarf – wenn die Wärmepumpe zeit-
weise durchgehend kühlen muss – ergeben sich für das
Konzept mit Kältekreisumkehr aufgrund der geringeren
Anzahl an Wärmeübertragern leichte Effizienzvorteile. Bei
moderatem Kühlbedarf (Größenordnung Warmwasser-
Wärmebedarf) ist das Konzept mit Kühlabwärmenutzung
besser und generell ist die Eigenstromnutzung höher. Mit
beiden Konzepten können im Sommer für die Warmwas-
serbereitung und Kühlung mittlere System-Arbeitszahlen
unter Berücksichtigung der PV-Eigenstromnutzung in der
Größenordnung SAZ
= 20 (Beispiel Würzburg) und 10
PVT
(Beispiel Mailand) erreicht werden. Beim Konzept zur
Kühlabwärmenutzung besteht zudem die Möglichkeit der
passiven Kühlung an klaren Nächten.
1.9.1
Kältekreisumkehr
Im Kühlbetrieb können am eigentlichen Kühl-Kondensator
zweitweise höhere Temperaturen entstehen (Soleeintritt bis
zu ca. 60 °C) als bei Anlagen mit Luftkühler und insbeson-
dere mit Erdreichkopplung. Beim Umschalten von Kühlen
auf Warmwasser-Nachheizung muss vermieden werden,
dass die Verdampfertemperatur über der Kondensatortem-
peratur liegt, ansonsten kann es zu Störungen kommen.
Hierzu wird in den Mischkreis des aktiv betriebenen Sole-
mischventils ein kleiner Sole-Pufferspeicher eingebaut. Das
Volumen muss mindestens 10-mal dem Volumen der
5
Soleleitungen zwischen Mischventil und Wärmepumpe so-
wie dem internen Solevolumen der Wärmepumpe entspre-
chen.
Ein Mindestvolumen von knapp 20 l wird empfohlen.
Geeignete Sole-Pufferspeicher sind Sole-Vorschaltgefäße,
die es von wenigen Litern bis mehrere 100 Liter gibt. Vor-
schaltgefäße sind unisoliert und müssen bauseits gegen
Kondensatbildung gedämmt werden.
An der Wärmepumpe wird eine Vorlaufzeit für die Sole-
pumpe eingestellt, so dass vor dem Start des Kompressors
der Soleinhalt abgekühlt wird. Das Mischventil sorgt an-
schließend dafür, dass die max. Eintrittstemperatur nicht
überschritten wird.
1.9.2
Kühlabwärmenutzung
Anlagen mit Kühlabwärmenutzung benötigen einen Wär-
metauscher zwischen Pufferspeicher und Solekreis. Dieser
Wärmetauscher kann im Winter auch zum Schneeabrut-
schen verwendet werden. Allerdings muss die Dimensio-
nierung für Rückkühlung erfolgen, was zu größeren Über-
tragungsleistungen führt.
Dimensionierung Rückkühl-Wärmetauscher
ð
0,13 kW/K pro kW-WP-Heizleistung
(B0/W35)
ð
oder 0,1 kW/K pro kW bei (B15/W45)
Bei großem Kühlbedarf (v. a. Südeuropa):
ð
0,25 kW/K pro kW-WP-Heizleistung
(B0/W35)
ð
oder 0,20 kW/K pro kW bei (B15/W45)
Der im SOLUS PVT integrierte Wärmetauscher ist ausrei-
chend für eine Kühlleistung von 5,5...6 kW , wobei durch
entsprechende Einstellungen sichergestellt werden muss,
dass auch die Wärmepumpe, nur mit dieser Leistung (ggf.
Teillast) läuft.
Der bei Kühlabwärmenutzung vorgesehene Kältespeicher
sorgt zum einen dafür, dass die Wärmepumpe nicht taktet,
zum anderen ermöglicht er bei entsprechendem Ener-
giemanagement eine deutlich bessere Nutzung des selbst
produzierten PV-Stroms.
Dimensionierung Kältespeicher
Speichervolumen:
ð
Ca. 100 l/kW Heizleistung (B0/W35)
ð
Für bessere Nutzung von PV-Strom größer
ð
Bei modulierender Wärmepumpe etwas kleiner
möglich
Wärmetauscherfläche:
ð
Glattrohr-WT: Fläche ≥ Heizleistung
(B0/W35)/2,2 kW/m
ð
Externer WT : 500 W/(m
Kälte-Pufferspeicher mit integriertem Wärmetauscher sind
als Standardprodukt auf dem Markt nicht verbreitet. Alter-
nativ kann ein mit kondensatgeeigneter Dämmung (z. B.
PU-Hartschaum) eingeschäumter Wärmepumpen-Warm-
wasserspeicher verwendet werden. Der interne Wärmetau-
scher sollte bis oben in den Speicher ragen, um das kom-
plette Volumen abzukühlen.
2
2
K)
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