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Auslegung von Wärmepumpen
4.9
Sole-Wasser-Wärmepumpen –
Wärmequelle Erdreich
Sole-Wasser-Wärmepumpen entziehen dem Erdreich die
Wärme, die zum Heizen benötigt wird. Sie können mono-
valent, monoenergetisch, bivalent-parallel oder biva-
lent-alternativ betrieben werden (Details zur Auslegung
der Wärmepumpe nach Betriebsart Seite 47 ff.).
Für die Nutzung von Sole-Wasser-Wärmepumpen kann
die Temperatur der Wärmequelle Erdreich zwischen
–5 °C und +25 °C liegen. Je nach Erdschicht herrschen
allerdings unterschiedliche Temperaturniveaus, die ent-
sprechend mit unterschiedlichen Systemen erschlossen
werden.
• Nahe der Oberfläche (in ca. 1 m Tiefe):
+3 °C ... +17 °C
– Erschließung mithilfe von Erdwärmekollektoren
(oder alternativen Systemen wie z. B. Erdwärme-
körben und ggf. mit zusätzlichem Absorbersystem)
• Tiefere Schichten (ab ca. 15 m):
+8 °C ... +12 °C
– Erschließung mithilfe von Erdwärmesonden
Berechnung der Kälteleistung der Wärmepumpe
Die Kälteleistung der Sole-Wasser-Wärmepumpe be-
stimmt die Auslegung des Erdwärmetauschers, der als
Wärmequelle dient.
Zunächst muss also die Kälteleistung ermittelt werden,
die sich aus der Wärmeleistung abzüglich der elektri-
schen Aufnahmeleistung der Wärmepumpe im Ausle-
gungspunkt ergibt:
Q
=
0
F. 11
Berechnung der Kälteleistung
P
Elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe
el
im Auslegungspunkt in kW
Q
Kälteleistung bzw. Entzugsleistung der Wärmepum-
0
pe aus dem Erdreich im Auslegungspunkt in kW
Q
Wärmeleistung der Wärmepumpenanlage in kW
WP
Eine Wärmepumpe mit höherer Leistungs-
zahl besitzt bei vergleichbarer Wärmeleis-
tung eine geringere elektrische
Leistungsaufnahme und bringt folglich eine
höhere Kälteleistung.
Soll also eine alte Wärmepumpe durch ein neueres Mo-
dell ersetzt werden, muss die Leistung des Erdwärme-
tauschers geprüft und bei Bedarf der Kälteleitung der
neuen Wärmepumpe angepasst werden.
Einbau eines elektrischen Zuheizers
Sind die Wärmeleistungen der Wärmepumpe knapp be-
messen und das Gebäude muss im Herbst oder Winter
getrocknet werden, sollte ein zusätzlicher elektrischer
Zuheizer installiert werden, der die zusätzlich benötigte
Heizwärme liefert.
Die Wärmepumpen Logatherm WPS 6-1 ... WPS 17-1
und WSW196i-12 T/TS haben einen integrierten elektri-
schen Zuheizer mit 9 kW.
Der elektrische Zuheizer sollte sich in der ersten Heizpe-
riode abhängig von der Sole-Vorlauftemperatur (ca.
50
Q
–
P
WP
el
0 °C) oder von der Grenztemperatur (0 °C ... 5 °C)
einschalten.
Durch die längeren Laufzeiten des Kompres-
sors kann bei Sole-Wasser-Wärmepumpen
die Wärmequelle zu stark abkühlen und da-
mit eine Sicherheitsabschaltung der Wärme-
pumpe auslösen.
Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeichervermögen des
Erdreichs
Im Erdreich wird Wärme fast ausschließlich durch Wär-
meleitung transportiert.
• Die Wärmeleitfähigkeit steigt mit steigendem Wasser-
gehalt des Erdreichs.
• Das Wärmespeichervermögen des Erdreichs steigt
ebenfalls mit steigendem Wassergehalt.
• Gefriert das Wasser im Erdreich, wächst die gewinn-
bare Energiemenge aufgrund der sehr hohen Latent-
wärme des Wassers von ca. 0,09 kWh/kg.
Daher ist eine Vereisung rund um die Rohr-
wendeln von Erdwärmekollektoren kein
Nachteil.
Frostschutz für die Wärmepumpe
durch Frostschutzmittel in der Soleflüssigkeit
Um den Verdampfer der Wärmepumpe vor Frostschäden
zu bewahren, muss dem Wasser auf der Wärmequellen-
seite ein Frostschutzmittel auf Monoethylenglykol-Basis
zugesetzt werden ( Bild 50).
In Logatherm Sole-Wasser-Wärmepumpen dürfen nur
folgende Frostschutzmittel eingesetzt werden:
• Monoethylenglykol mit oder ohne Korrosions-
inhibitoren
• Polypropylenglykol
Alternativ kann Thermera eingefüllt werden. Thermera
ist ein Frostschutzmittel auf Zuckerbasis. Bisher sind
aber keine Langzeiterfahrungen bekannt. Maßgeblich für
die Funktionalität ist die Installationsanleitung des Her-
stellers.
Frostschutzmittel auf Basis von Alkohol, Kalium- und Cal-
ciumcarbonat dürfen nicht verwendet werden.
Die im Kältemittelkreislauf auftretenden Temperaturen
erfordern eine Frostsicherung der Sole von –14 °C ...
–18 °C.
Die Solekonzentration beträgt bei erdverlegten Rohr-
wendeln 25 % bis maximal 30 %.
Von einem Betrieb der Wärmequelle Erdreich ohne
Frostschutzmittel wird ausdrücklich abgeraten. Um im
gesamten Verdampfer Temperaturen unter 0 °C zu ver-
meiden, muss die Soleeintrittstemperatur deutlich über
0 °C liegen. Durch die Verringerung der Temperaturdiffe-
renz zwischen Erdreich und Sole verringern sich die spe-
zifische Wärmeentzugsleistung des Erdreichs und die
Wärmequelle muss deutlich größer ausgelegt werden.
Dies verringert die Wirtschaftlichkeit der Wärmepum-
penanlage in großem Maße.
Sole-Wasser-Wärmepumpe – 6 720 820 777 (2017/01
)
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