Thema: Takten der Wärmepumpe sparsamer als Durchlaufen?

Meine (GE-) Hochtemperatur-Mod-L/W-WP kann ich bei den aktuell hier herrschenden Temperaturen (zwischen 0 und 6 °C rund um die Uhr, schon seit 2 Tagen konstant) so beeinflussen, daß sie bei gleichem Wärmebedarf des Hauses entweder taktet oder durchläuft. Dabei läuft sie natürlich mit geringerer Leistungsaufnahme konstant durch, als sie beim Takten benötigt, solange sie läuft.

Dabei hat sich zu meiner Überraschung ergeben, daß die WP über 24 Stunden hinweg beim Takten insgesamt signifikant weniger (!) Leistung verbraucht als beim Durchlaufen!

Beim "Taktungslauf" erreicht die kalte WP nach einer Hochfahrphase von etwa 20 Minuten eine Leistungsaufnahme von ca. 4 kVA (= Nennleistung), die sich im Verlauf einer Stunde auf knapp 3 kVA reduziert und so lange besteht, bis die WP nach etwa 2,5 Std. den Puffer auf seine mittlere Grenztemperatur von 45 °C aufgeheizt hat und abschaltet. Nach etwa 1,5 bis 2 Stunden beginnt das Spiel von neuem, allerdings mit nur 3 kVA Maximum, (Sperrzeiten und Nachtabschaltung (4 Std.)) mal ausgenommen. Der Tagesverbrauch beträgt hier derzeit etwa 27 kWh.

Beim "Durchlauf" erreicht die kalte WP ebenfalls nach 20 Minuten ihre Aufnahme von 4 kVA, allerdings reduziert sich die innerhalb einer Stunde auf etwa 2 kVA, mit der die WP dann durchläuft (wieder gleiche Sperrzeiten und gleiche Nachtabschaltung ausgenommen). Der Tagesverbrauch summiert sich damit auf etwa 33 kWh, liegt also etwa 18 % höher!

Beide Werte sind übrigens signifikant niedriger als bei vergleichbaren Wetterbedingungen im letzten Jahr, wo noch zwischen 40 und 60 kWh benötigt wurden (ich habe seit 11/2007 eigene tägliche Wetter-Aufzeichnungen, die auch Bewölkung sowie Tageshöchst- und Tiefsttemperaturen umfassen, kann mir also einen passenden Tag zum Vergleich aussuchen). Da steckte aber auch noch ein Fehler in der Anlage, und ich habe -nicht zuletzt deswegen- viel experimentiert. Außerdem habe ich mir inzwischen einige Stellrädchen zusätzlich eingebaut.

Zum aktuellen Vergleichsergebnis fällt mir nur ein, daß der Wirkungsgrad der Anlage (Verhältnis Stromverbrauch zu Heizleistung) in der Nähe der Nennlast offenbar noch deutlicher zunimmt, als ich das bisher schon vermutet habe.

Es wäre also wohl keine gute Idee, die Anlage etwa durch Senken der VT von derzeit ca. 60 °C auf einen niedrigeren Wert zu einem deutlich langsameren Dauerlauf zu bewegen, sondern man müßte sie dahingehend ändern, daß sie weiterhin mit gleicher Leistungsaufnahme heizt, aber dann eben früher abschaltet.

Wie gesagt, für mich war das eine überraschende Erkenntnis, denn nach der Logik sollte man annehmen, daß die Aufheizphasen dem Wirkungsgrad eher schaden, als es der Dauerlauf mit niedrigerer Verdichterleistung tut.

Was ist daran so wunderlich und zwar aus 2 Gründen.

1.) Die Wärmepumpe ist auf eine Maximalleistung ausgelegt, bei der sie am besten fährt. Das man mit eine Modulierung die Leistung herunterfahren kann ist zwar angenehm, hat aber nichts mit einer Verbesserung der COP zu tun.

2.) Es werden nicht alle Komponeten (Ventilator, UWP, ...) des System mit moduliert. Daher bleiben diese Verbräuche gleich, und verschlechtern dadurch die Gesamtbilanz.

Wobei ich glaube, dass hier noch einiges möglich ist, denn die Modulation bei WP ist erst am Anfang. Da sollten und werden die WP-Hersteller noch einiges lernen müssen.

Zitat:

Es wäre also wohl keine gute Idee, die Anlage etwa durch Senken der VT von derzeit ca. 60 °C auf einen niedrigeren Wert zu einem deutlich langsameren Dauerlauf zu bewegen, sondern man müßte sie dahingehend ändern, daß sie weiterhin mit gleicher Leistungsaufnahme heizt, aber dann eben früher abschaltet.

Das ist schwer zu beantworten. Man müsste den optimalen Punkt finden.

Die Lüfter werden auch mit moduliert. Die UWP hat dagegen ihre eigene Regelung; sie ist gegendruckgesteuert. Insofern arbeitet sie in beiden Fällen mit der gleichen Leistung, da sie ihr Wasser aus dem Puffer bezieht. Der wiederum liegt hier parallel zur WP; d.h. der Wasserkreislauf der UWP geht nicht durch die WP.

Allerdings frage ich mich, ob hier die Konstruktion des Wärmetauscher-Kreislaufs vllt. der Modulationsidee entgegensteht: das Wasser durchfließt per Konvektion (ohne Pumpe etc.) den WT und den parallel liegenden Puffer (Transfer-Kreis zwischen WT und Puffer). Nimmt der Temperaturunterschied ab, wird das Transfer-Wasser nicht nur kälter, es fließt auch langsamer. Andererseits bewirkt die Modulation des Verdichters auch eine Verringerung der Heißgastemperatur und -menge. Diese beiden Vorgänge sollten sich daher eigentlich gut ergänzen.

Die Auslegung sorgt dabei dafür, daß die obere Transfertemperatur immer gleich bleibt. Eine geringere Temperaturdifferenz entsteht also nicht dadurch, daß der "Vorlauf" aus dem WT kälter wird, sondern dadurch, daß der "Rücklauf" heißer wird (beides hat nix mit dem eigentlichen Heizkreis zu tun, s.o.). Weil jetzt aber zur Erzeugung der gleichen Soll-Vorlauftemperatur nur kälteres Heißgas (und auch weniger davon je Zeiteinheit) zur Verfügung steht, könnte diese Ankopplung evtl. weniger wirksam sein. Aber das ist erst mal Spekulation.

Zitat:

das Wasser durchfließt per Konvektion

Interessante Kontruktion, ich bin überrascht, dass die Konvektion einen ausreichenden Wassertransport zustande bringt. Du musst ja mit extremen Spreizungen arbeiten, damit sich das ausgeht.

Im Prinzip ja. Die Golden Energy (jetzt Thermodyn+) WP arbeitet mit ca. 40 bis 20 K Spreizung! Nach dem Start wird der Transfer-Vorlauf in relativ kurzer Zeit (8 - 15 Min) auf 60°C gebracht und dort recht konstant gehalten. Das noch kalte Speicherwasser fließt mit ca. 20 °C nach (Raumtemperatur), somit ergeben sich die 40 K Spreizung und eine heftige Konvektionsströmung durch die einzölligen Rohre.

Abhängig von der niedrigen oder hohen Wärmeentnahme aus dem Puffer erwärmt der sich schneller oder langsamer, und die Transfer-Rücklauf-Temperatur (am Boden des Puffers) steigt. Damit sinkt die Spreizung, und die WP reduziert parallel dazu ihre Leistung.

Somit erfolgt letztlich eine automatische Leistungsregelung der WP, abhängig von der Wärmeentnahme aus dem Puffer. Bei einer Mitteltemperatur des Puffers (also die Temperatur in seiner Mitte!) von etwa 50 °C schaltet die WP ganz ab.

Der eigentliche Heizkreis hat natürlich eine UWP, um die Heizkörper adäquat zu versorgen (keine FBH!). Der hängt aber nicht an der WP, sondern hat zwei eigene Anschlüsse im Schichtenpuffer. Die sind so angeordnet, daß die VT knapp unter der Transfer-VT bleibt; die RT ist natürlich vom Wärmeverbrauch der Heizkörper und der Förderleistung der gegendruckgeregelten UWP abhängig. Der Rücklauf fließt sehr deutlich über der Transfer-Rücklauföffnung in den Puffer ein. Damit steigt das T-RT-Niveau langsam auf knappes RT-Niveau.

Diese WP kennt weder Störungen bei zu geringer Heizwasser- oder Wärme-Entnahme, noch hat sie Probleme mit Einzelraumregelungen o.ä. Ich habe an allen Heizkörpern elektronische Thermostaten und damit überall genau die gewünschte Temperatur.

Diese Gesamtregelung ist m. E. hoch trickreich und übrigens gesetzlich geschützt. Man erreicht damit ein WP-Verhalten, das den direkten Ersatz von Ölern oder Gasthermen in alten Heizkörper-Häusern durch diese WP -ohne weitere Umbauten- ermöglicht. Das Brauchwasser entsteht dabei gleich noch als Nebenprodukt in diesem Kombispeicher.

Zitat:

Die Golden Energy (jetzt Thermodyn+) WP arbeitet mit ca. 40 bis 20 K Spreizung! Nach dem Start wird der Transfer-Vorlauf in relativ kurzer Zeit (8 - 15 Min) auf 60°C gebracht

Das das effizient ist, kann ich nicht glauben. Da bringt das Einsparen der Pumpe wahrscheinlich weniger. Hast Du schon einmal Deine JAZ gemessen?

Vor allem gibt es dann eine einfache Erklärung wieso die WP beim Takten weniger braucht als beim Durchlaufen.

Beim Takten kann die WP öfters und dadurch länger bei einer niedriegeren VL-Temperatur arbeiten und hat dort eine bessere COP.

roro hat Folgendes geschrieben:

.......Vor allem gibt es dann eine einfache Erklärung wieso die WP beim Takten weniger braucht als beim Durchlaufen. Beim Takten kann die WP öfters und dadurch länger bei einer niedriegeren VL-Temperatur arbeiten und hat dort eine bessere COP.

Gerade das glaube ich nicht, denn die WP taktet in diesem Fall ja auch nur etwa 5 mal pro Tag und läuft pro Vorgang höchstens 10 Minuten bei niedrigeren Werten und danach stundenlang auf Maximaltemperatur.

Gerade in diesen 10 Minuten Hochlauf hat sie aber die höchste Stromaufnahme, weil sie ja die Heißgastemperatur und damit die T-VT möglichst schnell auf den Maximalwert bringen will! Daher vermute ich ja, daß der Wirkungsgrad der Verdichtereinheit bei Nennlast am größten ist und deshalb hier länger zur Wirkung kommt.

Beim Durchlaufen läuft sie dagegen sozusagen auf "Fortkochen": Verdichterleistungsaufnahme und Heißgastemperatur sinken deutlich, nur die T-VT bleibt natürlich auf Sollwert 60 °C. Das gelingt ihr bei niedrigerer Gastemperatur nur deshalb, weil ja die T-RT schon höher und die Spreizung damit niedriger ist.

Zur JAZ kann ich noch wenig sagen. Erstens habe ich keinen WMZ, kann also nur relativ ungenau gegen den bisherigen Ölverbrauch vergleichen, zweitens lief die Anlage im 1. Jahr deutlich suboptimal (Montagefehler; div. Tests meinerseits usw.). Immerhin hat sie selbst in diesem Zustand meinem Geldbeutel schon rund 1.000 € Betriebskosten erspart, gerechnet zum Ölpreis am Jahrestag des Einbaus (3.9.). Man könnte, wenn man wollte, aus dem Verhältnis Strom- zu Vorjahres-Ölverbrauch eine Pseudo-JAZ zwischen 2,3 und 2,5 errechnen, aber die ist natürlich unverbindlich. Ab etwa 2,5 wäre ich auch durchaus zufrieden, wenn man meine Rahmenbedingungen bedenkt. Mein Break-even zum Öl liegt jedenfalls damit etwa bei 68 ct/l.

In der aktuellen Saison konstatiere ich an vergleichbaren Tagen immerhin signifikant niedrigere Verbräuche als im letzten Jahr, aber nach den wenigen Tagen Heizsaison will ich das noch nicht als erhärtet ansehen. Ich führe seit 11/2007 eine eigene tägliche Wetteraufzeichnung mit Bewölkungsgrad, Höchst- und Tiefsttemperatur, kann mir also zu fast jeder aktuellen Wetterlage den wettermäßig "passenden" Vorjahrestag aussuchen, egal, wann der war. Damit kann ich notfalls auch saisonale Änderungen der Wetterbedingungen (milder Winter etc.) herausrechnen.

Zitat:

Gerade in diesen 10 Minuten Hochlauf hat sie aber die höchste Stromaufnahme

Muss nicht sein, denn hohe Stromaufnahme bedeutet nicht unbedingt schlechter Wirkungsgrad. Aber ein WMZ wäre recht hilfreich, denn dann könnte man einiges mit höherer Sicherhiet sagen.

roro hat Folgendes geschrieben:

......... Aber ein WMZ wäre recht hilfreich, denn dann könnte man einiges mit höherer Sicherhiet sagen.

Stimmt schon, nur verträgt der Transferkreis wegen der Durchflußbehinderung grundsätzlich keinen WMZ. Man müßte also gleich 2 einbauen, nämlich einen in den Heizkreis und einen ins Brauchwasser. Das ist mir denn doch zu aufwendig!