Die Vormittagssitzung des Symposiums wurde von Carsten Colling und die Nachmittagssitzung von Rainer Burger moderiert.
Prof. Werner Schenk von der Hochschule München sprach zu Herausforderungen und Lösungen bei der effizienten Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen. Die gestellten Anforderungen sind dabei ebenso vielfältig wie die vorhandenen Anlagenkonzepte. So werden die Hygienevorgaben von der Legionellengefahr dominiert. Bei Kleinanlagen muss es möglich sein, das Wasser auf 60 °C zu erwärmen, bei Großanlagen ist dies zwingend vorgeschrieben. Bei der Speichergestaltung erweist sich der innen liegende Wärmeübertrager zur Frischwassererwärmungals einfach im Aufbau, hygienisch vorteilhaft und leistungsfähig. Eine Durchmischung nachströmenden Frischwassers mit dem schon im Speicher befindlichen Wasser ist möglichst zu vermeiden. Die stufenweise Nutzung der Heißgas- und der Verflüssigungsphase des Kältemittels nach der Verdichtung bringt energetische Vorteile wegen eines geringen Verflüssigungsdruckes, wenn die Vermischung der beiden Erwärmungsstufen unterbunden werden kann. Anhand einiger Beispiele entwickelte der Referent die Schlussfolgerung, dass es für jede Anwendung eine passende Lösung gibt, wobei eine einfache, betriebssichere und hygienische Anlage durchaus auch effizient sein kann.
Daniel Trüssel von der KWT Kälte-Wärmetechnik AG widmete sich ebenfalls der effizienten Warmwasseraufbereitung. Er stellte den sinkenden Heizwärmebedarf von Neubauten in den Mittelpunkt seiner Darstellung und kam zu der Schlussfolgerung, dass bei dieser Sachlage eine zentrale Heizung und eine dezentrale Warmwasserbereitung die beste Lösung seien. Im vorgestellten konkreten Konzept wird das Frischwasser für den Hygiene- und Reinigungsbedarf des Haushaltes durch indirekte Frischwassererwärmung erzeugt. Dadurch gibt es nirgends im System stehendes Wasser und die Hygieneanforderungen (Legionellengefahr) sind bereits bei 45 °C energetisch vorteilhaft erfüllbar. Die 60 °C-Anforderung bezeichnete der Referent als ökologischen und ökonomischen Wahnsinn. Diese Äußerung rief in der Folge eine lebhafte Diskussion hervor.
Prof. Stefan Bertsch, Hochschule für Technik Buchs / Schweiz, beschäftigte sich gleichfalls mit der Warmwasserbereitung mittels Wärmepumpen, allerdings speziell unter dem Gesichtspunkt der Versorgung von Mehrfamilienhäusern. Er kam zu ähnlichen Schlüssen wie die Vorredner, indem er die Schichtspeicher als erforderlich charakterisierte, denn ungeschichtete Speicher erhöhen den Energieverbrauch massiv. Für die Heizung und Warmwasserbereitung favorisierte er getrennte Wärmepumpen und für den Fall nur einer Wärmepumpe zwei getrennte Speicher, wobei in den Speichern anders als bei den Vorrednern das gesamte Volumen zur Warmwasserbevorratung dient. Auf keinen Fall sollten dabei Kombispeicher verwendet werden. Basis für die vorgestellten Ergebnisse waren Feldmessungen an drei Objekten und zugehörige Simulationsrechnungen.
Bernhard Wenzel, Vectorraum GmbH, Klima-Innovativ e. V., beschäftigte sich mit der Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen aus der Sicht eines Planers. Das Arbeitsblatt 551 des DVGW mit dem Titel Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen; Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser-Installationen unterscheidet Klein- und Großanlagen. Bei den Kleinanlagen entfällt die Pflicht zur Legionellenprophylaxe. Sie sind gekennzeichnet durch Speicherinhalte von höchstens 400 l oder Leitungsinhalte vom Speicher bis zur Entnahmesonde von weniger als 3 l. Wie bereits erwähnt, arbeitet die Warmwasserversorgung am besten als Frischwassersystem. Damit bleibt man auch bei Mehrfamilienhäusern vorteilhaft im Bereich der Kleinanlagen. Bei Großanlagen bleibt als Lösung nur eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Eine grundlegende Erfahrung ist dabei, dass eine Wärmepumpe unter ungünstigen Betriebsbedingungen (Wärmequelle, technische Lösung, hydraulische Gegebenheiten) das Warmwasser nicht effizient bereiten kann.
Erich Ramming von der Glen Dimplex GmbH betrachtete ebenfalls die Warmwasserbereitung unter Berücksichtigung der DVGW-Vorschrift 551. Dazu stellte er verschiedene Schaltungsvarianten vor. Deren gemeinsame Vorgabe ist es, den Temperaturhub der Wärmepumpen so gering wie möglich zu halten und das Frischwasser nur im Durchflusssystem durch Wärmeübertragerrohre zu führen. Diese Wärmeübertrager sind auf geringe Temperaturdifferenzen auszulegen und müssen so groß sein, dass die maximale Leistung der Wärmepumpe übertragen werden kann. Zudem müssen die Speicher die Sperrzeiten des Energieversorgers überbrücken können. Auf Zirkulationsleitungen sollte verzichtet werden. Bei vorhandenen Zirkulationspumpen sind diese bedarfsabhängig zu steuern.
Dr.-Ing. Rainer Lang, Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG, beschäftigte sich gemeinsam mit Markus Hiegemann und Stefan Sobotta mit Innovationen zur Effizienzsteigerung von Wärmepumpen. Die energetische Beurteilung erfolgt über den COP als Punktwert und die Jahresarbeitszahl zur Bewertung der integrierten Energieeffizienz. Zur Erreichung guter Werte sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten. Dazu zählen eine möglichst hohe Wärmequellentemperatur, eine niedrige Wärmesenkentemperatur und -temperaturdifferenz und ein optimal gestalteter Kältekreislauf mit richtiger Verdichterauswahl. Die Nutzung innerer Wärmeübertrager, eine Dampfeinspritzung in den Verdichter, eine Economizer-Schaltung und die geringstmögliche Verdampferüberhitzung durch Verwendung optimaler elektronischer Einspritzventile sind weitere Vorgaben. Zur Wärmepumpe, die auf diese Weise zum Hochleistungsgerät werden kann, muss aber auch das Gesamtsystem der Heizungsanlage passen. Konkret benannte der Referent die Heizungskurve, eine Einzelraumregelung und die Verwendung von Hocheffizienzpumpen. Die optimale Speichertechnik oder eine Solareinbindung tragen ebenfalls zur Effizienzsteigerung bei, wobei jedoch die Kostenstruktur nicht vernachlässigt werden darf.
Karl Mittermayr, M-TEC Mittermayr GmbH, Österreich, berichtete über seine Entwicklung der pumpenlosen Erdsonde mit CO2 als Wärmeträgermedium. Der Vorteil des Systems liegt nicht nur in der Anwendung des Naturstoffs CO2, sondern ist auch thermisch begründet. Denn durch den Phasenwechsel bei der Verdampfung des CO2 an der Sondenwand ist der Wärmeübergang deutlich besser als bei Solesystemen. Vor- und Rücklauf in der Sonde beeinträchtigen sich nicht. Durch die selbstständige Zirkulation des CO2 auch bei abgeschalteter Wärmepumpe erfolgt immer ein Temperaturausgleich innerhalb der Sonde, wodurch auch das Schrägbohren möglich ist. Die Entwicklungserfahrungen mit der Sonde wurden anschaulich geschildert und viele Anwendungsbeispiele beschrieben. 3 200 Sonden wurden bereits in Betrieb genommen und ca. 90 Prozent der installierten Systeme des Unternehmens werden mit pumpenlosen Erdsonden ausgestattet. Der Innendruck von ca. 40 bar ist mithilfe von korrosionsfestem Material beherrschbar. Bei Mehrfachrohren in einer Bohrung wird jedes Rohr als eigenes Wärmerohr ausgeführt. Eine Anwendung außerhalb der Wärmepumpe ist die Eisfreihaltung von Geh- und Fahrwegen durch Verlegung der Verflüssigungsrohre unterhalb der Oberfläche des Verkehrsweges. Gegenwärtig wird versucht, das System auch für den sommerlichen Kühlmodus tauglich zu machen.
Arne Müller, Carel Deutschland GmbH, sprach über Möglichkeiten der Effizienzsteigerung durch eine integrierte Systemsteuerung. Dazu gehört zunächst die möglichst exakte Ansteuerung des elektronischen Expansionsventils, aber auch die Steuerung und Überwachung der Wärmepumpe von überall in der Welt aus über das Internet. Die Anwendung der Invertertechnologie für Pumpen, Ventilatoren und Verdichter gewährleistet die beste Effizienz und sorgt zusammen mit dem Regler für eine hohe Stabilität und Genauigkeit der Betriebsbedingungen. Vor allem gelingt dies durch die optimale Drehzahlanpassung dieser Komponenten. Und es ist laut Müller nicht uninteressant, die Wetterdaten aus der Vorschau so zu integrieren, dass die Wärmepumpe schon Stunden vor dem tatsächlichen Wetterereignis entsprechend geregelt wird.
Prof. Beat Wellig, Hochschule Luzern, stellte Untersuchungen zur Entwicklung einer auf höchste Effizienz orientierten Leistungsregelung für Luft/Wasser-Wärmepumpen vor. Unter Einbeziehung von Verdichter- und Ventilatorhersteller und bei genauer Kenntnis der Kennlinien dieser Geräte wurde eine kontinuierliche Regelung entwickelt, die zu wesentlichen Energieeinsparungen gegenüber bisherigen Lösungen führt. Dabei wird nicht nur die erforderliche Heizleistung einbezogen, sondern auch die Maschineneigenschaften. Durch die Optimierung der Gesamtaufnahmeleistung kann durchaus eine geringere Ventilatordrehzahl mit der Folge höherer Verflüssigungstemperatur und höherer Verdichterleistung der beste Betriebspunkt sein, weil die Ventilatorleistung mit abnehmender Drehzahl entsprechend geringer ist. Im Ergebnis ist es gelungen, für LW-Wärmepumpen mit dieser Regelung Jahresarbeitszahlen zu erreichen, die an die von SW-Wärmepumpen mit Ein-/Aus-Regelung herankommen. U A -
