Für die Heizwärmepumpen von Hitachi gab es von Anfang an überzeugende Argumente. Überrascht hat dann doch, dass nach vier Jahren die energetischen und somit auch die finanziellen Aspekte wesentlich positiver ausgefallen sind als ursprünglich berechnet.
Wärmepumpensystem schnell im Fokus
Natürlich hätte man zur Beheizung dieser Halle konventionelle, sprich fossile Energieträger, verwenden können. Zucker beauftragte daher die ansässige Firma René Reuss & Roland Seckel GbR mit der Ausarbeitung eines effektiven und umweltschonenden Heizsystems. Die Kälteprofis ermittelten, dass die Heizwärmepumpen von Hitachi für das geplante Bauvorhaben geeignet sind und den Anforderungen an Effizienz Umweltfreundlichkeit voll entsprechen.
Nach mehreren Kostenschätzungen und Machbarkeitsstudien stand man letztendlich vor der Entscheidung, die Halle mit Gas oder mit Luft- / Wasser-Wärmepumpen zu beheizen. Eine finale Kosten-Nutzen-Rechnung, in der Investitions- und Betriebskosten beider Systeme gegenübergestellt wurden, ergab eine Amortisationszeit der Wärmepumpenanlage von etwa zwölf Jahren.
Das Konzept sah den Einsatz der Außengeräte mit einer Maximalleistung von 32 kW (bei einer Außentemperatur von 7 °C / Wasser 35 °C) vor. Aus diesem Grund reichten lediglich drei Geräte mit Kaskadenschaltung aus. Nach erfolgter Heizleistungsberechnung wurde der Einsatz der Luft / Wasser-Wärmepumpen Yutaki mit einer maximalen Heizleistung von ca. 90 kW vorgesehen. Die Installation sollte als monovalentes System arbeiten, das heißt, dass es zu 100 Prozent den Heizbedarf am kältesten Tag des Jahres decken kann.
Alles in einem System
Maßgeschneidert für jeden Anwendungsfall gibt es die breit aufgestellten Luft / Wasser-Wärmepumpen Yutaki von Hitachi. Denn sie versorgen das ganze Jahr über die Gebäude nicht nur Wärme und Kälte, sondern auch mit Warmwasser. Dabei ist sowohl ein mono- als auch ein bivalenter Betrieb möglich. Die Kompatibilität mit Solarmodulen und Poolheizungen ist ebenfalls gegeben.
Nicht nur die Erzeugung von Wasser mit zwei verschiedenen Temperaturen ist möglich. Auch der Anschluss von Innengeräten, die gleichzeitig Hoch -und Niedertemperaturen benötigen, ist mit diesem System realisierbar. Im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen hat die Wärmepumpe einen höheren Wirkungsgrad, da ein Teil der für den Betrieb benötigten Energie der Außenluft entzogen wird. Sie liefert Wärme bei Außentemperaturen bis zu - 25 °C, auch Vorlauftemperaturen bis 60 °C sind ohne ein zusätzliches Heizelement möglich.
Bild: Kaut
Bild: Kaut
Breite Systempalette
Eine Kurzübersicht der einzelnen Yutaki-Systeme zeigt deren zahlreichen Einsatzmöglichkeiten. Die minimalen und maximalen Heizleistungen der Systeme basieren auf einer Außentemperatur von 7 °C (+ 6 °C FK) und einer Wassertemperatur von 30 – 35 °C (COP), die minimalen und maximalen Kühlleistungen basieren auf einer Wasseraustrittstemperatur von bis zu 35 °C (P-Design) und Wassertemperatur von 7 bis 12 °C (ERP).
Bei diesem Projekt zum Einsatz kam die Yutaki S L/W-Wärmepumpe ohne Speicher zum Heizen, Kühlen und Warmwasserbereiten. Mit ihrem Drehstromanschluss deckt sie Heizleistungen von 1,85 bis 32 kW und Kühlleistungen von 3,80 bis 20,60 kW ab. Die Wärmepumpe eignet sich für Neubauten ebenso wie für den Austausch von Bestandsheizungen. Anschließbar sind Niedertemperatur-Heizkörper, Fußbodenheizungen, Gebläsekonvektoren, Warmwasser- und Poolheizungen.
Yutaki S Combi L/W-Wärmepumpen für Heizen, Kühlen und Warmwasserbereiten sind mit integriertem Edelstahlwasserspeicher (200 oder 260 l) ausgestattet. Darüber hinaus kann ein zweites Temperatur-Kit in das Gerät integriert werden (200 l-Modell). Diese Wärmepumpe ist das einzige mit Warmwasserspeicher und Zusatzheizung kompatible Modell, das mit einer einzigen Taste aktiviert werden kann (Notbetrieb). Die verfügbaren Heizleistungen reichen von 1,85 bis 17,80 kW, die Kühlleistungen von 3,80 bis 13,70 kW. Durch den integrierten Warmwasserspeicher und kompakte Bauweise sind diese Wärmepumpen für Gebäude mit wenig Platzangebot geeignet. Anschließbar sind Niedertemperatur-Heizkörper, Fußbodenheizungen, Solaranlagen in 230 V oder 400 V-Ausführung, Gebläsekonvektoren, Warmwasser- und Poolheizungen. Beide Baureihen sind BAFA-förderfähig und werden in der BAFA-Liste geführt.
Yutaki S80 Hochtemperatur-L/W-Wärmepumpe zum Heizen und Warmwasserbereiten mit Heizleistungen von 4,30 bis 17,80 kW eignen sich für Anlagen, die hohe Temperaturen erfordern und damit zum Austausch von Ölheizungen. Anschließbar sind Hoch- und Niedertemperatur-Heizkörper, Fußbodenheizungen, Warmwasser- und Poolheizungen.
Komfortable und schnelle Systemauslegung
Die Auslegung des Zucker-Systems erfolgte mithilfe der Hitachi-Auswahlsoftware HI Tool Kit For Home. Diese Software ermöglicht mit einigen Klicks das Erstellen eines allgemeinen technischen und finanziellen Vorschlags, der als Ergänzung für einen Kostenvoranschlag verwendet werden kann. Dabei berücksichtigt die Software die gesamte Produktpallette der Yutaki-Wärmepumpen. Sie beinhaltet:
Mit dieser Auslegungssoftware wurde durch die Hans Kaut GmbH, Niederlassung Stuttgart, eine Anlage mit ca. 90 kW Heizleistung für diesen speziellen Anwendungsfall ausgelegt. Es sollten Wärmepumpen der Yutaki S-Serie mit Kaskadenregelung zum Einsatz kommen. Die Einspeisung der Anlage sollte konventionell über einen Pufferspeicher erfolgen.
Spezialfilter für niedrige Lastverluste
Ein weiterer Vorteil der Yutaki-Wärmepumpen ist der integrierte Filter+. Das Ein- / Aus- Kugelventil enthält einen austauschbaren zylindrischen Filter, der einfach zu inspizieren und für normale Wartungsvorgänge zu entfernen ist. Das Ventil hat dabei zwei wichtige Funktionen, nämlich die sichere Abdichtung der Kugelventile und das gründliche Filtern der Flüssigkeit. Die hohe Zuverlässigkeit des Ventils schützt alle Gerätekomponenten. Der Filter + führt zu deutlich niedrigeren Lastverlusten. Dadurch lässt sich die Lebensdauer der Geräte verlängern und gleichzeitig bleiben die Wartungs- und Ersatzteilkosten gering.
Intelligente Kaskadensteuerung
Die spezielle Yutaki-Kaskadensteuerung ist als eine Erweiterung der hydraulischen Steuerung des Yutaki-Sortiments konzipiert, um einerseits höhere Leistungen für die Beheizung größerer Gebäude zu realisieren und andererseits die Systemeffizienz zu erhöhen. Wenn die Kaskadensteuerung aktiv ist, trennt das System die Warmwasserbereitung (warm oder kalt) von der Wasserverteilung und vom Verbrauch. Die Wasserbereitung wird in den Arbeitseinheiten der Außeneinheiten ausgeführt, die Verbrauchssteuerung erfolgt nun über die Kaskadeneinheit.
Die Kaskadensteuerung ist einfach in vielen unterschiedlichen Systemen installierbar. Der sogenannte H-Link II-Bus verbindet die Yutaki-Geräte und die Kaskadensteuerung miteinander und kann bis zu einer Länge von 1000 m verlegt werden. Der Bus besteht aus zwei unpolaren Kabeln. Bis zu acht Grundmodule können an die Kaskadensteuerung angeschlossen werden, die dann als einheitliches System funktionieren und höhere Heizleistungen ermöglichen.
Weiteres elektronisches System ist der Konfigurationsassistent, mit dessen Hilfe die Konfiguration von Heizart (z. B. Fußbodenheizung, Vorhandensein von Radiatoren), Betriebsmodus (Heizen, Kühlen), gewünschte Brauchwassererwärmung bis hin zur vereinfachten Inbetriebnahme komfortabel möglich ist. Beim Zucker-Anwendungsfall nutzt die Kaskadenregelung einen zweiten Kreislauf, der im Bedarfsfall bei hohen Temperaturanforderungen kaskadenförmig zugeschhaltet wird und unter anderem für eine gleichmäßige Auslastung der drei Außeneinheiten sorgt.
Bild: Kaut
Einfache Inbetriebnahme, effizienter Betrieb
Die Inbetriebnahme des Systems gestaltete sich einfach, da sowohl das Regelungskonzept als auch die Hydraulikparameter im Vorfeld mit der Hitachi-Software deklariert wurden. Danach wurde lediglich der Heizungsregler der Innengeräte mit den zuvor ermittelten Daten parametriert, was die Inbetriebnahmezeit deutlich verkürzte.
Die Wärmepumpe wurde im Inneren der benachbarten Halle installiert, um die große Abwärme der Laserfräsmaschinen für Heizzwecke nutzen zu können. Dies erlaubte eine kalkulierte Amortisationszeit von sechs bis sieben Jahren.
Fazit
Der Anlagenbetrieb verläuft auch nach vier Jahren unproblematisch. Aufgrund der niedrigen Verbrauchszahlen konnte eine Erweiterung der Hallenfläche um 250 m² realisiert werden. Wäre danach die Heizleistung unzureichend gewesen, hätte man über den Pufferspeicher eine weitere Heizwärmepumpe ans System angeschlossen. Dies hat sich bislang aber als nicht notwendig erwiesen, denn das Gesamtsystem läuft auch ohne eine zusätzliche Wärmepumpe störungsfrei und stabil. Bei Produktionserweiterungen ist die Ausstattung weiterer Werkshallen und Bürogebäude mit ähnlichen Energiekonzepten geplant.
Kaut / González
