 | Thema Geothermie/ Wärmepumpen vom 06.02.2002 @ 11:09:31 CET
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WP-OPT© - Simulationssoftware für Wärmepumpenheizungen
 Mit WP-OPT© können Wärmepumpenheizungen praxisorientiert und benutzerfreundlich geplant und optimiert werden. Ziel dieses Programmes ist nicht die gegenseitige Beeinflussung komplizierter Sondenfelder,sondern Planungssicherheit und Aussagen zum Betriebsverhalten und zur Wirtschaftlichkeit bei Standardsystemen...
Das Programm basiert auf anerkannten Regeln der Technik wie VDI 4640 und SIA D0136. Validiert wurde es z.B. von der Wärmepumpeninitiative Ostsachsen
(Dr. Hentschel u.a.), aber auch von den Anwendern wie Handwerksfirmen und Herstellern. Die Ergebnisse wurden sowohl mit ausgemessenen Anlagen als auch mit Literaturwerten sowie der VDI-Richtlinie 4650 (überschlägige Bestimmung von Jahresarbeitszahlen) verglichen.
Prinzip:
Entscheidend beim Einsatz von Wärmepumpenheizungen ist der störungsfreie langjährige Betrieb sowie ein möglichst geringer Stromverbrauch. Die gegenseitige Beeinflussung der technischen Parameter der Wärmepumpe sowie der Temperaturen in Quelle und Heizwasser erschweren jedoch die Planung und Prognosen zum Betriebsverhalten.
Der jeweilige Stromverbrauch einer Wärmepumpenheizung hängt von den Temperaturen in Heizung und Quelle ab. Diese Temperaturen ändern sich im Jahresverlauf. Daher sind ohne rechentechnische Hilfsmittel Prognosen zum Energieverbrauch mit Wärmepumpenheizungen schwierig.
Mit WP-OPT© können Wärmepumpenheizungen praxisorientiert und benutzerfreundlich geplant und optimiert werden. (Kostenlose Demo: www.wp-opt.de; Vollversion 300 EURO).
Das Programm berechnet ausgehend von den Monatsdurchschnittstemperaturen am Gebäudestandort und dem Wärmebedarf des Hauses die benötigten Wärmemengen und momentanen Heizwassertemperaturen.
Treten Sperrzeiten im Tarif des Energieversorgers auf, werden diese mit einem Korrekturfaktor berücksichtigt.
Die Warmwasserbereitung wird je nach Speichertyp und Temperaturanforderungen ebenfalls beachtet.
Entsprechend der technischen Parameter der Wärmepumpe wird in einem iterativen Verfahren mit Beginn der Heizperiode die Abkühlung der Wärmequelle durch den Wärmeentzug berechnet. Bei Erdabsorberanlagen (horizontal oder Sonden) werden Eigenschaften des Bodens sowie der Verlegesymmetrie berücksichtigt.
Bei Soleanlagen wird noch der Wärmeübergang entsprechend der strömungstechnischen Eigenschaften sowie der Beschaffenheit von Frostschutzmittel, Absorberrohr und Erdreich einbezogen.
Je nach den momentanen Temperaturen von Heizwasser und Wärmequelle ergeben sich Laufzeiten und Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Laufzeiten, Stromverbrauch und Entzug werden aufsummiert und zur Berechnung der Jahresarbeitszahl bzw. der Betriebskosten verwendet.
Das Programm verfügt über zahlreiche Dimensionierungshilfen und Kontrollmechanismen.
Bei der Erstellung eines neuen Projektes kann zur zeitsparenden Bedienung auf benutzerspezifische Standards zurückgegriffen werden, z.B. eine regional typische Tarifstruktur. Diese Standards können beliebig erweitert werden.
Das Simulationsprogramm berücksichtigt folgende Parameter:
Art der Wärmequelle (Erdreich mit Horizontalabsorber und Erdsonden, Wasser,
Luft, frei wählbarer Quellentemperaturgang)
Absorberfläche und -länge
direkte/indirekte Verdampfung
Anzahl und Tiefe von Erdsonden
Zahl der Solekreise
geologische Verhältnisse (43 Bodenarten mit
Wärmeleitfähigkeit,Wärmekapazität, Dichte)
Lage des Absorbers
Feuchtegehalt des Erdreichs und damit in Verbindung nicht nur die bessere
Wärmeleitfähigkeit, sondern auch die Nutzung der Latentwärme
Jahresgang der ungestörten Erdreichtemperatur am Standort
Temperaturveränderungen durch die Kälteleistung der Wärmepumpe
Berücksichtigung des (geringen) geothermischen Einflusses bei Erdsonden
Strömungsverhältnisse im Solekreis
Eigenschaften des Absorberrohres
Eigenschaften des Frostschutzmittels und daraus resultierender Wärmeübergang
(Konzentration, spezifische Wärme, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, kinematische
Viskosität);
Technische Daten der Wärmepumpe (Herstellerangaben von über 100 Geräten):
elektrische Leistungsaufnahme, thermische Leistung und Kälteleistung in
Abhängigkeit von der Quellen- und der Heizwassertemperatur
Hilfsenergie für Heizungs- und Soleumwälzpumpe
Art der Wärmepumpe
Einsatzgrenzen
Betriebsweise (monovalent, monoenergetisch)
Temperaturdifferenz am Verdampfer;
Gebäudedaten
Wärmebedarf incl. solarer und interner Gewinne
gewünschte Raumtemperatur;
Klimatische Verhältnisse
Normaußentemperatur
Jahresgang der Temperatur (Klimadaten von 21 unterschiedlichen Standorten);
verschiedene Tarife des Energieversorgers
Sperrzeiten im Wärmepumpentarif
Hoch- und Niedertarifzeiten
Stromkosten;
Wärmeverteilung
Fußboden- oder Wandheizung, Heizkörper
Heizwassertemperaturen in Abhängigkeit von der Außentemperatur
Wärmeverteilexponent;
Warmwasserbereitung
Art des Speichers (Schichtung, Größe)
Kaltwassereintrittstemperatur
Temperaturanforderungen
durchschnittlicher täglicher Warmwasserbedarf
eventuell notwendige elektrische Nachheizung.
Folgende Werte werden von dem Simulationsprogramm berechnet:
durchschnittlicher Wärmebedarf für Zeitabschnitte
dazugehörige momentane Vorlauftemperatur, Heizleistung und Kälteleistung
Wärmeentzug
Temperaturgang in der Wärmequelle
Betriebsstunden
Jahresarbeitszahl
Stromverbrauch in den einzelnen Tarifen:
Die Prüfung der Größe des Erdabsorbers erfolgt in zweifacher Hinsicht:
I ausreichender momentaner Wärmeentzug
(Grundlage hierfür ist die VDI 4640.) und
II ausreichender jährlich möglicher Wärmeentzug
(Grundlage hierfür ist die SIA D0136).
Damit wird eine zunehmende Vereisung der Quelle verhindert, die erst nach
mehreren Jahren zu Betriebsstörungen der Wärmepumpenheizung führen würde.
Ist die Wärmequelle in einem der beiden Fälle nicht ausreichend, erscheint eine Fehlerausschrift.
Im Dimensionierungsmodus wird der bei den entsprechenden Randbedingungen (z.B. Bodenbeschaffenheit) minimal notwendige Erdabsorber (Sonde oder Horizontalabsorber) bestimmt.
Die Wärmeabgabe einer Wärmepumpe richtet sich nach den Temperaturen in Quelle und Heizwasser. Außerdem muß berücksichtigt werden, daß es regional unterschiedlich lange Stromabschaltzeiten im Sondertarif für Wärmepumpen der Energieversorger gibt.
Bei der Auslegung muß auch die Warmwasserbereitung mit den erhöhten Temperaturanforderungen mit berücksichtigt werden.
Je nach Programmmodus wird entweder die kleinste geeignete Wärmepumpe jedes in der Bibliothek enthaltenen Anbieters angezeigt (Dimensionierungsmodus) oder die vom Anwender ausgewählte Wärmepumpe auf die ausreichende Größe überprüft.
Simulation und Dimensionierung von Wärmepumpenheizungen sind vor allem für folgende Anwendungen interessant:
Angebotserstellung
Auswahl der richtigen Wärmepumpe unter Berücksichtigung
von Sperrzeiten und Temperaturanforderungen
Auslegung der Wärmequelle entsprechend Bodenbeschaffenheit
und Verlegegeometrie
Beratung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Platzbedarf
Genehmigungsverfahren (z.B. Auskühlung des Erdreichs)
Fördermittelbeantragung (Bestimmung der Jahresarbeitszahl
unter den jeweiligen Randbedingungen)Visualisierung von Zusammenhängen (z.B. Jahresgang der
Quellentemperatur, Gebäudewärmebedarf, Laufzeiten der
Wärmepumpe)
Planungssicherheit durch Dimensionierungsprüfung
Auslegung der Wärmequelle entsprechend Bodenbeschaffenheit
und Verlegegeometrie
Systemvergleich
z.B. Sonde/ Horizontalabsorber;
Einfluß der Auslegung des Wärmeverteilsystems bzw.
der Warmwasserbereitung auf die Jahresarbeitszahl;
Einfluß der Raumtemperatur auf den Stromverbrauch
Untersuchung konkreter technischer Möglichkeiten
z.B. Entscheidung, ob eine vorhandene Fläche für den
Erdabsorber ausreichend ist.
Kostenloses Demo unter:
www.wp-opt.de
Vollversion 300 EURO
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