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Auslegung
(Fortsetzung)
Aufgrund der geringeren Investitionskosten für die gesamte Wär-
mepumpenanlage eignet sich die bivalente Betriebsweise insbe-
sondere für bestehende Heizkesselanlagen im sanierten
Gebäudebestand.
Bivalent-alternative Betriebsweise
A Bivalent-parallele Betriebsweise
B Bivalent-alternative Betriebsweise
4.2 Auslegung der Wärmequellen für Sole/Wasser-Wärmepumpen
Erdkollektor
Wärmefluss aus dem Erdreich
Die Wärme wird über Flächenkollektoren oder Erdsonden aufge-
nommen.
Sie wird vom Erdreich an den Hilfskreis (Solekreis) abgegeben,
welcher dann die Wärme an das Arbeitsmittel in der Wärmepumpe
abgibt.
Unter Wärmequelle Erdreich versteht man die oberste Erdschicht
bis zu einer Tiefe von 1,2 bis 1,5 m. Die Gewinnung der Wärme
erfolgt über einen Wärmetauscher, der in einer unbebauten Flä-
che in der Nähe des zu beheizenden Gebäudes verlegt wird.
Die aus tieferen Schichten nach oben strömende Wärme beträgt
2
nur 0,063 bis 0,1 W/m
und kann als Wärmequelle für die oberen
Schichten vernachlässigt werden.
Die nutzbare Wärmemenge und damit die Größe der notwendigen
Fläche hängt stark von den thermophysikalischen Eigenschaften
des Erdreichs und von der Einstrahlungsenergie, d.h. von den kli-
matischen Verhältnissen ab.
Die thermischen Eigenschaften, wie volumetrische Wärmekapazi-
tät und Wärmeleitfähigkeit, sind sehr stark abhängig von der
Zusammensetzung und der Beschaffenheit des Erdreichs. Als
Größen sind hier vor allem der Wasseranteil, die Anteile an mine-
ralischen Bestandteilen, wie Quarz oder Feldspat, sowie der
Anteil und Größe der luftgefüllten Poren maßgebend.
VITOCAL 300/350
Bei bivalent-paralleler Betriebsweise muss die Wärmeqelle (Erd-
reich, Wasser, Luft) aufgrund der (im Vergleich zur bivalent-alter-
nativen Betriebsweise) höheren Laufzeiten auf den
Gesamtleistungsbedarf des Gebäudes ausgelegt werden.
Die Wärmepumpenanlage wird im Heizbetrieb bis zu einer
bestimmten Außentemperatur (Bivalenztemperatur), die in Abhän-
gigkeit der Heizkennlinie einer bestimmten Heizungsvorlauftem-
peratur (max. 50 °C) entspricht, die Beheizung vollständig
übernehmen. Unterhalb der Bivalenztemperatur schaltet die Wär-
mepumpe ab und der Öl-/Gas-Heizkessel übernimmt die Wärme-
versorgung des Gebäudes allein. Die Abschaltung der
Wärmepumpe bzw. die Einschaltung des Heizkessels wird durch
die Regelung vorgenommen.
Die bivalent-alternative Betriebsweise ermöglicht auch max.
Systemtemperaturen über 50 °C.
So eignet sich diese Betriebsweise insbesondere für den Gebäu-
debestand mit konventionellem Wärmeverteil- und Abgabesystem
(Heizkörper).
Da Luft/Wasser-Wärmepumpen bei niedrigen Außentemperaturen
geringere Leistungszahlen vorweisen, empfehlen wir in diesem
Fall die bivalent-alternative Betriebsweise.
Das Diagramm zeigt beispielhaft den Deckungsanteil der Wärme-
pumpe in Prozent an der Jahresheizarbeit (nur Heizung) eines
standardisierten Wohngebäudes in Abhängigkeit der gewählten
Heizleistung der Wärmepumpe und der gewählten Betriebsart,
bivalent-parallel oder bivalent-alternativ.
Vereinfacht ausgedrückt kann man sagen, dass die Speicherei-
genschaften und die Wärmeleitfähigkeit um so größer sind, je
mehr der Boden mit Wasser angereichert ist, je höher der Anteil
der mineralischen Bestandteile und je geringer die Porenanteile
sind.
Die spezifischen Entzugsleistungen für das Erdreich liegen dabei
2
zwischen ca. 10 und 35 W/m
.
Trockener sandiger Boden
Feuchter sandiger Boden
Trockener lehmiger Boden
Feuchter lehmiger Boden
Grundwasserführender Boden
Hiermit bestimmt sich die erforderliche Erdreichfläche, je nach
Heizlast des Hauses und Beschaffenheit des Erdreichs. Die benö-
tigte Erdreichfläche wird nach der Kälteleistung
pumpe ermittelt:
Differenz zwischen Heizleistung der Wärmepumpe (
Leistungsaufnahme (P
).
WP
=
P
K
WP
WP
Beispiel:
Die Wärmepumpe Vitocal 300 (Typ BW110) hat bei den Tempera-
turen B0/W35 (B0 = Soleeintrittstemperatur von 0 °C, W35 = Heiz-
wasseraustrittstemperatur von 35 °C) eine Kälteleistung von
= 8,4 kW.
K
Bei einer spezifischen Entzugsleistung
eine erforderliche Fläche für die Entzugsleistung (F
2
F
= (
/
) m
E
K
E
2
F
= 8400/25 = 336 m
Erdreich
E
2
q
= 10-15 W/m
E
2
q
= 15-20 W/m
E
2
q
= 20-25 W/m
E
2
q
= 25-30 W/m
E
2
q
= 30-35 W/m
E
der Wärme-
K
) und
WP
2
von 25 W/m
ergibt sich
E
) von
E
VIESMANN
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