Bei der Planung eines Luft-Wasser-Wärmepumpen-Heiz- oder Kühlsystems ist eine der ersten hydraulischen Entscheidungen, ob eine verwendet werden sollDirekt angeschlossenes Einzelschleifensystemoder einPrimär-Sekundär-Hydroniksystem.
Obwohl diese Begriffe in der HVAC- und Wärmepumpenbranche weit verbreitet sind, sollte die Wahl nicht einfach auf der Annahme basieren, dass eine Konfiguration immer effizienter ist als die andere.
Die richtige hydraulische Anordnung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:
Dieser Artikel erklärt dieFunktionsprinzip, hydraulische Eigenschaften, Vorteile, Einschränkungen und typische Anwendungen eines Einkreis-Wärmepumpensystems.
AHydronisches Wärmepumpensystem mit einem Kreislauf, auch a genanntdirekt angeschlossenes Hydroniksystemist ein wasserbasiertes HVAC-System, bei dem die Wärmepumpe und die angeschlossenen Heiz- oder Kühlgeräte innerhalb desselben hydraulischen Kreislaufs verbunden sind.
In seiner einfachsten Form:
Wärmepumpe → Umwälzpumpe → Heiz-/Kühlanschlüsse → Wärmepumpe
Das gleiche zirkulierende Wasser durchströmt sowohl die Wärmequelle als auch die Lastseite.
Im Gegensatz zu einem Primär-Sekundär-System ist dies normalerweise der FallKeine hydraulische Trennung zwischen dem Wärmepumpenkreis und dem Verteilungskreis.
Das System kann Endgeräte versorgen wie:
VERSORGUNGSWASSER → ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ Zirkulation │ │ Wärmepumpe ├────►│ Pumpe ├──────────────┐ │ │ └──────────────┘ │ └──────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌─────────────────────────┐ │ │ Lastseite │ │ │ │ │ │ Kühler │ │ │ Fan Coil │ │ │ Fußbodenheizung │ │ └────────────┬────────────┘ │ │ └──────────────────── ─────────────────────┘ ← WASSER ZURÜCKFÜHREN
Das grundlegende Merkmal ist einfach:
Die Wärmepumpe und die Endgeräte nutzen denselben Umlaufwasserweg.
Das Funktionsprinzip kann durch zwei grundlegende hydraulische Parameter verstanden werden:
1. Wassertemperaturdifferenz (ΔT)
2. Durchschnittliche Temperatur des zirkulierenden Wassers
Diese beiden Parameter hängen eng mit der zwischen der Wärmepumpe und dem Gebäude übertragenen Wärmemenge zusammen.
Im Heizbetrieb erhöht die Wärmepumpe die Temperatur des zirkulierenden Wassers.
Zum Beispiel:
Wärmepumpe → 40 °C Vorlaufwasser → Heizklemmen → 35 °C Rücklaufwasser → Wärmepumpe
Der Temperaturunterschied beträgt:
ΔT = 40°C − 35°C = 5 K
Die Endgeräte entziehen dem Wasser Wärmeenergie und übertragen sie in das Gebäude.
Das kühlere Rücklaufwasser fließt dann zurück zur Wärmepumpe und wird erneut erwärmt.
Der Zyklus läuft so lange weiter, wie Wärmebedarf besteht.
Wärmepumpenausgang 40°C │ │ Wärme wird ▼ an das Gebäude abgegeben ─────────────────────► ΔT = 5 K ◄───────────────────── ▲ │ 35°C Wärmepumpeneinlass
Im Kühlbetrieb ist das Prinzip umgekehrt: Die Wärmepumpe liefert gekühltes Wasser und die Endgeräte nehmen Wärme aus dem Raumklima auf.
Für ein Wasserheizsystem kann die übertragene Wärmekapazität angenähert werden durch:
Q = ṁ × Cp × ΔT
Wo:
Für praktische HLK-Berechnungen mit Wasser:
Q (kW) ≈ 1,163 × Durchfluss (m³/h) × ΔT (K)
Daher:
Durchflussrate (m³/h) ≈ Q / (1,163 × ΔT)
Angenommen, eine Wärmepumpe bietet:
Heizleistung = 20 kW
mit:
ΔT = 5 K
Der erforderliche Wasserdurchfluss beträgt ungefähr:
20 ÷ (1,163 × 5) ≈ 3,44 m³/h
Dies zeigt ein wichtiges Merkmal direkt verbundener Systeme:
Wärmepumpenleistung, Endleistung, Wasserdurchfluss und ΔT müssen hydraulisch aufeinander abgestimmt sein.
Wenn die Wärmepumpe deutlich mehr oder weniger Wasserdurchfluss benötigt als das Endverteilersystem, kann es schwierig werden, den direkten Anschluss zu steuern.
Unter stabilen Betriebsbedingungen sollte die von der Wärmepumpe erzeugte Wärmeenergie in etwa der vom Gebäude aufgenommenen Wärmeenergie entsprechen:
Wärmepumpenleistung ≈ Endwärmeübertragung ≈ Gebäudeheizlast
Allerdings sind diese Werte selten zu jedem Zeitpunkt identisch.
Die Gebäudelast ändert sich ständig aufgrund von:
Das bedeutet, dass ein Hydronik-Wärmepumpensystem ständig versucht, ein Gleichgewicht zwischen den beiden aufrechtzuerhaltenWärmeerzeugung und Wärmeverbrauch.
Betrachten Sie ein System beim Start.
Das Gebäude- und Umlaufwasser kann zunächst kalt sein.
An dieser Stelle:
Wenn sich das Gebäude der Zieltemperatur nähert, sinkt der Endwärmebedarf.
Wenn die Wärmepumpe weiterhin mehr Wärme produziert, als das Gebäude aufnehmen kann, erhöht die überschüssige Wärmeenergie vorübergehend die Temperatur des zirkulierenden Wassers und die thermische Masse des Systems.
Infolge:
Die durchschnittliche Systemwassertemperatur steigt.
Der Wärmepumpenregler reagiert dann wie folgt:
Dies ist ein Grund dafürVoll-DC-Inverter-Wärmepumpen eignen sich besonders für ordnungsgemäß ausgelegte Niedertemperatur-Hydroniksysteme.
Anstatt nur mit voller Leistung zu arbeiten oder ganz anzuhalten, kann der Kompressor seine Leistung modulieren, um sich an Änderungen im Gebäudebedarf anzupassen.
Das Wasservolumen sorgt für thermische Trägheit.
Eine vereinfachte Möglichkeit, dies zu verstehen, ist:
Wärmepumpe erzeugt Wärme ↓ ┌──────────────┐ │ Systemwasser │ │ Volumen │ └──────┬───────┘ ↓ Heizklemmen ↓ Gebäude
Wenn Wärmeproduktion und Wärmeverbrauch vorübergehend unterschiedlich sind, kann die Wassermenge einen Teil dieses Ungleichgewichts auffangen.
Eine ausreichende Wassermenge kann helfen:
Jedoch,Mehr Wassermenge ist nicht automatisch besser.
Ein zu großes Puffervolumen kann sich erhöhen:
Das richtige Volumen sollte daher anhand der Mindestwassermengenanforderungen des Wärmepumpenherstellers und der hydraulischen Eigenschaften des Projekts ermittelt werden.
Eine moderne Inverter-Wärmepumpe passt ihre Leistung kontinuierlich an die Betriebsbedingungen an.
Wenn der Wärmebedarf steigt:
Höhere Last → Höhere erforderliche Wärmeleistung
Abhängig von der Kontrollstrategie kann das System wie folgt reagieren:
Wenn der Wärmebedarf sinkt:
Geringere Last → Geringere Wärmepumpenleistung
DeshalbWetterkompensation / Outdoor-Reset-Steuerungist wichtig für die Effizienz der Wärmepumpe.
Anstatt unnötig hohe Wassertemperaturen während der gesamten Heizperiode aufrechtzuerhalten, kann der Regler die Zieltemperatur des Vorlaufwassers bei milderen Außenbedingungen senken.
Eine niedrigere Vorlaufwassertemperatur verringert im Allgemeinen den Kompressorhub und kann die Effizienz der saisonalen Wärmepumpe verbessern.
Ein praktisches System kann Folgendes enthalten:
Luft-Wasser-Wärmepumpe │ ▼ Umwälzpumpe │ ▼ Versorgungsverteiler │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ Heizkörper FCU Fußbodenheizung │ │ │ └────┼─────┘ ▼ Rücklaufsammler │ ▼ Wärmepumpe
Abhängig vom Systemdesign können zusätzliche Komponenten Folgendes umfassen:
Diese Komponenten machen das System nicht unbedingt zu einem Primär-Sekundär-System.
Die entscheidende Frage ist, ob der Wärmepumpenkreis und der Endverteilerkreis bestehen bleibenhydraulisch direkt angeschlossen.
Die Umwälzpumpe muss einen ausreichenden Durchfluss liefern und gleichzeitig den Gesamtdruckabfall des Hydraulikkreislaufs überwinden.
Der Designer sollte Folgendes berücksichtigen:
Erforderliche Durchflussmenge + Gesamtsystemwiderstand = Betriebspunkt der Umwälzpumpe
Der Gesamtwiderstand kann Folgendes umfassen:
Eine Pumpe, die nur nach Nenndurchfluss ausgewählt wird, ohne die verfügbare Förderhöhe zu prüfen, kann zu einer unzureichenden Zirkulation führen.
Ebenso kann eine überdimensionierte Pumpe Folgendes verursachen:
Daher sollte die Auswahl der Umwälzpumpe immer auf der tatsächlichen hydraulischen Berechnung des Systems basieren.
Eine der wichtigsten Überlegungen bei einem Einkreis-Wärmepumpensystem ist, ob das Verteilungssystem mit annähernd konstantem oder variablem Durchfluss arbeitet.
Eine direkte Verbindung ist relativ einfach, wenn:
Erforderlicher Durchfluss der Wärmepumpe ≈ Durchfluss des Verteilungssystems
Beispielsweise kann eine einfache Fußbodenheizung, bei der die meisten Kreisläufe ständig geöffnet sind, für relativ stabile hydraulische Bedingungen sorgen.
Komplizierter wird die Situation, wenn mehrere Thermostate und Zonenventile unabhängig voneinander verschiedene Bereiche steuern.
Zum Beispiel:
┌── Zone 1 OFFEN Wärmepumpe ─────┼── Zone 2 GESCHLOSSEN ├── Zone 3 GESCHLOSSEN └── Zone 4 GESCHLOSSEN
Wenn mehrere Zonen geschlossen werden, kann der Gesamtsystemdurchfluss erheblich sinken.
Dies kann dazu führen, dass die Wärmepumpe ihren erforderlichen Mindestwasserdurchfluss unterschreitet.
Mögliche Folgen sind:
Dies ist eine der Hauptbeschränkungen direkt angeschlossener Systeme.
Ein Single-Loop-System erfordert im Allgemeinen weniger hydraulische Komponenten.
Dies kann Folgendes reduzieren:
Da möglicherweise keine hydraulische Trennung und keine zusätzlichen Verteilerpumpen erforderlich sind, können die Ausrüstungs- und Installationskosten geringer sein.
Wenn eine richtig ausgewählte hocheffiziente Umwälzpumpe das gesamte System versorgen kann, kann der zusätzliche Stromverbrauch reduziert werden.
Bei hydraulischen Weichen und Puffertanks kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einer Vermischung kommen.
Ein richtig ausgelegtes Direktsystem kann das Austrittswasser der Wärmepumpe ohne diesen Mischeffekt direkt zu den Heizungsanschlüssen leiten.
Dies kann für Niedertemperatur-Wärmepumpenanwendungen von Vorteil sein.
Wenn der Wasserdurchfluss innerhalb des erforderlichen Betriebsbereichs bleibt, kann eine Inverter-Wärmepumpe die Leistung modulieren, um der Gebäudelast effizient zu folgen.
Nicht für jedes Projekt ist ein direkt angeschlossenes System geeignet.
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
Da sich beide Seiten den gleichen Hydraulikkreislauf teilen, können erhebliche Unterschiede zwischen dem erforderlichen Wärmepumpendurchfluss und dem Enddurchfluss zu Steuerungsproblemen führen.
Das Schließen von Thermostat- oder Motorventilen verändert den gesamten Systemdurchfluss und -druck.
Stellen Sie sich ein Gebäude vor, das Folgendes enthält:
Diese Anschlüsse erfordern möglicherweise unterschiedliche Vorlauftemperaturen und unterschiedliche Durchflusseigenschaften.
Eine einfache direkt angeschlossene Schleife reicht daher möglicherweise nicht aus.
Möglicherweise muss eine einzelne Pumpe den Druckverlust sowohl der Wärmepumpe als auch des Verteilungsnetzes überwinden.
Moderne Wärmepumpen geben normalerweise einen Mindestbetriebswasserdurchfluss vor.
Sinkt der Systemdurchfluss unter diesen Wert, kann ein zuverlässiger Betrieb nicht gewährleistet werden.
Eine Single-Loop-Konfiguration ist besonders attraktiv, wenn:
Typische Anwendungen können sein:
Wärmepumpe + Fußbodenheizung
oder
Wärmepumpe + ein Hauptgebläsekonvektorkreis
oder
Wärmepumpe + Niedertemperatur-Heizkörpersystem
Ein primär-sekundäres Hydroniksystem wird attraktiver, wenn:
In diesen Fällen kann eine hydraulische Weiche oder eine entsprechend ausgelegte Pufferanordnung die Wärmepumpenseite von der Gebäudeverteilungsseite hydraulisch entkoppeln.
Konzeptionell:
WÄRMEQUELLENSEITE LASTSEITE Wärmepumpenheizkörper │ ▲ Primärpumpe │ │ Sekundärpumpe ▼ │ ┌───────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ Hydraulisch │◄───────────────►│ Verteiler │ │ Abscheider │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ Gebläsekonvektoren │ └──────── Primärkreis
Die beiden Seiten können dann ohne starke hydraulische Wechselwirkung mit unterschiedlichen Durchflussraten arbeiten.
Eine allgemeingültige Antwort gibt es nicht.
Ein häufiges Missverständnis ist:
„Ein Single-Loop-System ist immer effizienter, weil es weniger Pumpen benötigt.“
Ein weiteres Missverständnis ist:
„Ein Primär-Sekundär-System ist immer besser, weil es professioneller ist.“
Keine der Aussagen ist technisch korrekt.
Die Systemeffizienz hängt von der gesamten hydraulischen Auslegung ab.
Ein gut konzipiertes Direktsystem kann äußerst einfach und effizient sein.
Wenn jedoch eine komplizierte Mehrzoneninstallation in einen einzigen Hydraulikkreislauf gezwungen wird, kann dies zu instabilem Durchfluss, übermäßigen Zyklen und schlechter Temperaturkontrolle führen.
Umgekehrt kann das Hinzufügen unnötiger Puffertanks, Pumpen und Mischgeräte zu einem einfachen Wohnsystem die Installationskosten und den parasitären Stromverbrauch erhöhen.
Das richtige Prinzip ist:
Verwenden Sie die einfachste hydraulische Architektur, die den erforderlichen Durchfluss, die erforderliche Temperatur, den Druck und die Regelstabilität unter allen erwarteten Betriebsbedingungen aufrechterhalten kann.
Bei einem Einkreis-Wärmepumpensystem handelt es sich um eine hydronische Konfiguration, bei der die Wärmepumpe und die Heiz-/Kühlterminals denselben Wasserzirkulationskreislauf ohne hydraulische Trennung zwischen der Wärmequellen- und der Lastseite nutzen.
Nicht immer.
Ein Pufferspeicher sollte entsprechend der Mindestsystemwassermenge, der Mindestlaufzeit des Kompressors, den Abtauanforderungen, der Zonenstrategie und den Empfehlungen des Herstellers in Betracht gezogen werden, anstatt automatisch bei jedem Projekt installiert zu werden.
Ja, vorausgesetzt, die Pumpe kann den erforderlichen Auslegungsdurchfluss bei der berechneten Gesamtsystemförderhöhe liefern und gleichzeitig den erforderlichen Betriebsdurchflussbereich der Wärmepumpe beibehalten.
Es ist möglich, aber eine sorgfältige Planung ist erforderlich, da Heizkörper und Fußbodenheizung oft mit unterschiedlichen Wassertemperaturen und Durchflussraten betrieben werden. Ein Mischkreislauf oder ein hydraulisch getrenntes Verteilungssystem kann geeigneter sein.
Ja. Inverter-Wärmepumpen können besonders gut in richtig konzipierten direkt angeschlossenen Systemen funktionieren, da die Kompressorkapazität je nach Wärmebedarf moduliert werden kann. Dennoch müssen die Anforderungen an den Mindestwasserdurchfluss und das Mindestsystemvolumen eingehalten werden.
Die Wärmeübertragung wird hauptsächlich durch den Wasserdurchfluss und die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf bestimmt:
Q ≈ 1,163 × Durchfluss × ΔT
Daher müssen Wärmepumpenkapazität, Endkapazität, Durchflussrate und ΔT zusammen betrachtet werden.
AHydronisches Wärmepumpensystem mit einem Kreislaufist eine der einfachsten Möglichkeiten, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe an die Heiz- oder Kühlanschlüsse eines Gebäudes anzuschließen.
Sein Hauptmerkmal ist, dass dieWärmequelle und Lastseite teilen sich den gleichen Hydraulikkreislauf und den gleichen zirkulierenden Wasserfluss.
Bei richtiger Abstimmung von Wärmepumpe, Umwälzpumpe und Anschlusssystem bietet diese Anordnung mehrere Vorteile:
Die Einfachheit macht jedoch den Wasserbau nicht überflüssig.
Der Designer muss noch Folgendes überprüfen:
Heiz-/Kühllast → Wärmepumpenleistung → Auslegung ΔT → Erforderlicher Wasserdurchfluss → Systemdruckabfall → Pumpenauswahl → Mindestdurchfluss → Wasservolumen → Steuerstrategie
Nur wenn diese Parameter richtig aufeinander abgestimmt sind, kann eine direkt angeschlossene Wärmepumpenanlage effizient und zuverlässig arbeiten.
Für komplexe Mehrzonengebäude, Systeme mit variablem Durchfluss oder Installationen mit unterschiedlichen Endtemperaturen, aPrimär-Sekundär-Hydroniksystemkann eine bessere hydraulische Stabilität und Kontrolle bieten.
Das Ziel besteht also nicht darin, zu entscheiden, ob ein Single-Loop- oder ein Primär-Sekundär-System generell besser ist.
Ziel ist es, die hydraulische Architektur auszuwählen, die den tatsächlichen Betriebsanforderungen des Projekts am besten entspricht.
Bei der Planung eines Luft-Wasser-Wärmepumpen-Heiz- oder Kühlsystems ist eine der ersten hydraulischen Entscheidungen, ob eine verwendet werden sollDirekt angeschlossenes Einzelschleifensystemoder einPrimär-Sekundär-Hydroniksystem.
Obwohl diese Begriffe in der HVAC- und Wärmepumpenbranche weit verbreitet sind, sollte die Wahl nicht einfach auf der Annahme basieren, dass eine Konfiguration immer effizienter ist als die andere.
Die richtige hydraulische Anordnung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:
Dieser Artikel erklärt dieFunktionsprinzip, hydraulische Eigenschaften, Vorteile, Einschränkungen und typische Anwendungen eines Einkreis-Wärmepumpensystems.
AHydronisches Wärmepumpensystem mit einem Kreislauf, auch a genanntdirekt angeschlossenes Hydroniksystemist ein wasserbasiertes HVAC-System, bei dem die Wärmepumpe und die angeschlossenen Heiz- oder Kühlgeräte innerhalb desselben hydraulischen Kreislaufs verbunden sind.
In seiner einfachsten Form:
Wärmepumpe → Umwälzpumpe → Heiz-/Kühlanschlüsse → Wärmepumpe
Das gleiche zirkulierende Wasser durchströmt sowohl die Wärmequelle als auch die Lastseite.
Im Gegensatz zu einem Primär-Sekundär-System ist dies normalerweise der FallKeine hydraulische Trennung zwischen dem Wärmepumpenkreis und dem Verteilungskreis.
Das System kann Endgeräte versorgen wie:
VERSORGUNGSWASSER → ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ Zirkulation │ │ Wärmepumpe ├────►│ Pumpe ├──────────────┐ │ │ └──────────────┘ │ └──────▲──────┘ │ │ ▼ │ ┌─────────────────────────┐ │ │ Lastseite │ │ │ │ │ │ Kühler │ │ │ Fan Coil │ │ │ Fußbodenheizung │ │ └────────────┬────────────┘ │ │ └──────────────────── ─────────────────────┘ ← WASSER ZURÜCKFÜHREN
Das grundlegende Merkmal ist einfach:
Die Wärmepumpe und die Endgeräte nutzen denselben Umlaufwasserweg.
Das Funktionsprinzip kann durch zwei grundlegende hydraulische Parameter verstanden werden:
1. Wassertemperaturdifferenz (ΔT)
2. Durchschnittliche Temperatur des zirkulierenden Wassers
Diese beiden Parameter hängen eng mit der zwischen der Wärmepumpe und dem Gebäude übertragenen Wärmemenge zusammen.
Im Heizbetrieb erhöht die Wärmepumpe die Temperatur des zirkulierenden Wassers.
Zum Beispiel:
Wärmepumpe → 40 °C Vorlaufwasser → Heizklemmen → 35 °C Rücklaufwasser → Wärmepumpe
Der Temperaturunterschied beträgt:
ΔT = 40°C − 35°C = 5 K
Die Endgeräte entziehen dem Wasser Wärmeenergie und übertragen sie in das Gebäude.
Das kühlere Rücklaufwasser fließt dann zurück zur Wärmepumpe und wird erneut erwärmt.
Der Zyklus läuft so lange weiter, wie Wärmebedarf besteht.
Wärmepumpenausgang 40°C │ │ Wärme wird ▼ an das Gebäude abgegeben ─────────────────────► ΔT = 5 K ◄───────────────────── ▲ │ 35°C Wärmepumpeneinlass
Im Kühlbetrieb ist das Prinzip umgekehrt: Die Wärmepumpe liefert gekühltes Wasser und die Endgeräte nehmen Wärme aus dem Raumklima auf.
Für ein Wasserheizsystem kann die übertragene Wärmekapazität angenähert werden durch:
Q = ṁ × Cp × ΔT
Wo:
Für praktische HLK-Berechnungen mit Wasser:
Q (kW) ≈ 1,163 × Durchfluss (m³/h) × ΔT (K)
Daher:
Durchflussrate (m³/h) ≈ Q / (1,163 × ΔT)
Angenommen, eine Wärmepumpe bietet:
Heizleistung = 20 kW
mit:
ΔT = 5 K
Der erforderliche Wasserdurchfluss beträgt ungefähr:
20 ÷ (1,163 × 5) ≈ 3,44 m³/h
Dies zeigt ein wichtiges Merkmal direkt verbundener Systeme:
Wärmepumpenleistung, Endleistung, Wasserdurchfluss und ΔT müssen hydraulisch aufeinander abgestimmt sein.
Wenn die Wärmepumpe deutlich mehr oder weniger Wasserdurchfluss benötigt als das Endverteilersystem, kann es schwierig werden, den direkten Anschluss zu steuern.
Unter stabilen Betriebsbedingungen sollte die von der Wärmepumpe erzeugte Wärmeenergie in etwa der vom Gebäude aufgenommenen Wärmeenergie entsprechen:
Wärmepumpenleistung ≈ Endwärmeübertragung ≈ Gebäudeheizlast
Allerdings sind diese Werte selten zu jedem Zeitpunkt identisch.
Die Gebäudelast ändert sich ständig aufgrund von:
Das bedeutet, dass ein Hydronik-Wärmepumpensystem ständig versucht, ein Gleichgewicht zwischen den beiden aufrechtzuerhaltenWärmeerzeugung und Wärmeverbrauch.
Betrachten Sie ein System beim Start.
Das Gebäude- und Umlaufwasser kann zunächst kalt sein.
An dieser Stelle:
Wenn sich das Gebäude der Zieltemperatur nähert, sinkt der Endwärmebedarf.
Wenn die Wärmepumpe weiterhin mehr Wärme produziert, als das Gebäude aufnehmen kann, erhöht die überschüssige Wärmeenergie vorübergehend die Temperatur des zirkulierenden Wassers und die thermische Masse des Systems.
Infolge:
Die durchschnittliche Systemwassertemperatur steigt.
Der Wärmepumpenregler reagiert dann wie folgt:
Dies ist ein Grund dafürVoll-DC-Inverter-Wärmepumpen eignen sich besonders für ordnungsgemäß ausgelegte Niedertemperatur-Hydroniksysteme.
Anstatt nur mit voller Leistung zu arbeiten oder ganz anzuhalten, kann der Kompressor seine Leistung modulieren, um sich an Änderungen im Gebäudebedarf anzupassen.
Das Wasservolumen sorgt für thermische Trägheit.
Eine vereinfachte Möglichkeit, dies zu verstehen, ist:
Wärmepumpe erzeugt Wärme ↓ ┌──────────────┐ │ Systemwasser │ │ Volumen │ └──────┬───────┘ ↓ Heizklemmen ↓ Gebäude
Wenn Wärmeproduktion und Wärmeverbrauch vorübergehend unterschiedlich sind, kann die Wassermenge einen Teil dieses Ungleichgewichts auffangen.
Eine ausreichende Wassermenge kann helfen:
Jedoch,Mehr Wassermenge ist nicht automatisch besser.
Ein zu großes Puffervolumen kann sich erhöhen:
Das richtige Volumen sollte daher anhand der Mindestwassermengenanforderungen des Wärmepumpenherstellers und der hydraulischen Eigenschaften des Projekts ermittelt werden.
Eine moderne Inverter-Wärmepumpe passt ihre Leistung kontinuierlich an die Betriebsbedingungen an.
Wenn der Wärmebedarf steigt:
Höhere Last → Höhere erforderliche Wärmeleistung
Abhängig von der Kontrollstrategie kann das System wie folgt reagieren:
Wenn der Wärmebedarf sinkt:
Geringere Last → Geringere Wärmepumpenleistung
DeshalbWetterkompensation / Outdoor-Reset-Steuerungist wichtig für die Effizienz der Wärmepumpe.
Anstatt unnötig hohe Wassertemperaturen während der gesamten Heizperiode aufrechtzuerhalten, kann der Regler die Zieltemperatur des Vorlaufwassers bei milderen Außenbedingungen senken.
Eine niedrigere Vorlaufwassertemperatur verringert im Allgemeinen den Kompressorhub und kann die Effizienz der saisonalen Wärmepumpe verbessern.
Ein praktisches System kann Folgendes enthalten:
Luft-Wasser-Wärmepumpe │ ▼ Umwälzpumpe │ ▼ Versorgungsverteiler │ ┌────┼─────┐ ▼ ▼ ▼ Heizkörper FCU Fußbodenheizung │ │ │ └────┼─────┘ ▼ Rücklaufsammler │ ▼ Wärmepumpe
Abhängig vom Systemdesign können zusätzliche Komponenten Folgendes umfassen:
Diese Komponenten machen das System nicht unbedingt zu einem Primär-Sekundär-System.
Die entscheidende Frage ist, ob der Wärmepumpenkreis und der Endverteilerkreis bestehen bleibenhydraulisch direkt angeschlossen.
Die Umwälzpumpe muss einen ausreichenden Durchfluss liefern und gleichzeitig den Gesamtdruckabfall des Hydraulikkreislaufs überwinden.
Der Designer sollte Folgendes berücksichtigen:
Erforderliche Durchflussmenge + Gesamtsystemwiderstand = Betriebspunkt der Umwälzpumpe
Der Gesamtwiderstand kann Folgendes umfassen:
Eine Pumpe, die nur nach Nenndurchfluss ausgewählt wird, ohne die verfügbare Förderhöhe zu prüfen, kann zu einer unzureichenden Zirkulation führen.
Ebenso kann eine überdimensionierte Pumpe Folgendes verursachen:
Daher sollte die Auswahl der Umwälzpumpe immer auf der tatsächlichen hydraulischen Berechnung des Systems basieren.
Eine der wichtigsten Überlegungen bei einem Einkreis-Wärmepumpensystem ist, ob das Verteilungssystem mit annähernd konstantem oder variablem Durchfluss arbeitet.
Eine direkte Verbindung ist relativ einfach, wenn:
Erforderlicher Durchfluss der Wärmepumpe ≈ Durchfluss des Verteilungssystems
Beispielsweise kann eine einfache Fußbodenheizung, bei der die meisten Kreisläufe ständig geöffnet sind, für relativ stabile hydraulische Bedingungen sorgen.
Komplizierter wird die Situation, wenn mehrere Thermostate und Zonenventile unabhängig voneinander verschiedene Bereiche steuern.
Zum Beispiel:
┌── Zone 1 OFFEN Wärmepumpe ─────┼── Zone 2 GESCHLOSSEN ├── Zone 3 GESCHLOSSEN └── Zone 4 GESCHLOSSEN
Wenn mehrere Zonen geschlossen werden, kann der Gesamtsystemdurchfluss erheblich sinken.
Dies kann dazu führen, dass die Wärmepumpe ihren erforderlichen Mindestwasserdurchfluss unterschreitet.
Mögliche Folgen sind:
Dies ist eine der Hauptbeschränkungen direkt angeschlossener Systeme.
Ein Single-Loop-System erfordert im Allgemeinen weniger hydraulische Komponenten.
Dies kann Folgendes reduzieren:
Da möglicherweise keine hydraulische Trennung und keine zusätzlichen Verteilerpumpen erforderlich sind, können die Ausrüstungs- und Installationskosten geringer sein.
Wenn eine richtig ausgewählte hocheffiziente Umwälzpumpe das gesamte System versorgen kann, kann der zusätzliche Stromverbrauch reduziert werden.
Bei hydraulischen Weichen und Puffertanks kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einer Vermischung kommen.
Ein richtig ausgelegtes Direktsystem kann das Austrittswasser der Wärmepumpe ohne diesen Mischeffekt direkt zu den Heizungsanschlüssen leiten.
Dies kann für Niedertemperatur-Wärmepumpenanwendungen von Vorteil sein.
Wenn der Wasserdurchfluss innerhalb des erforderlichen Betriebsbereichs bleibt, kann eine Inverter-Wärmepumpe die Leistung modulieren, um der Gebäudelast effizient zu folgen.
Nicht für jedes Projekt ist ein direkt angeschlossenes System geeignet.
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
Da sich beide Seiten den gleichen Hydraulikkreislauf teilen, können erhebliche Unterschiede zwischen dem erforderlichen Wärmepumpendurchfluss und dem Enddurchfluss zu Steuerungsproblemen führen.
Das Schließen von Thermostat- oder Motorventilen verändert den gesamten Systemdurchfluss und -druck.
Stellen Sie sich ein Gebäude vor, das Folgendes enthält:
Diese Anschlüsse erfordern möglicherweise unterschiedliche Vorlauftemperaturen und unterschiedliche Durchflusseigenschaften.
Eine einfache direkt angeschlossene Schleife reicht daher möglicherweise nicht aus.
Möglicherweise muss eine einzelne Pumpe den Druckverlust sowohl der Wärmepumpe als auch des Verteilungsnetzes überwinden.
Moderne Wärmepumpen geben normalerweise einen Mindestbetriebswasserdurchfluss vor.
Sinkt der Systemdurchfluss unter diesen Wert, kann ein zuverlässiger Betrieb nicht gewährleistet werden.
Eine Single-Loop-Konfiguration ist besonders attraktiv, wenn:
Typische Anwendungen können sein:
Wärmepumpe + Fußbodenheizung
oder
Wärmepumpe + ein Hauptgebläsekonvektorkreis
oder
Wärmepumpe + Niedertemperatur-Heizkörpersystem
Ein primär-sekundäres Hydroniksystem wird attraktiver, wenn:
In diesen Fällen kann eine hydraulische Weiche oder eine entsprechend ausgelegte Pufferanordnung die Wärmepumpenseite von der Gebäudeverteilungsseite hydraulisch entkoppeln.
Konzeptionell:
WÄRMEQUELLENSEITE LASTSEITE Wärmepumpenheizkörper │ ▲ Primärpumpe │ │ Sekundärpumpe ▼ │ ┌───────────────┐ ┌─────┴─────┐ │ Hydraulisch │◄───────────────►│ Verteiler │ │ Abscheider │ └─────┬─────┘ └───────────────┘ │ ▲ ▼ │ Gebläsekonvektoren │ └──────── Primärkreis
Die beiden Seiten können dann ohne starke hydraulische Wechselwirkung mit unterschiedlichen Durchflussraten arbeiten.
Eine allgemeingültige Antwort gibt es nicht.
Ein häufiges Missverständnis ist:
„Ein Single-Loop-System ist immer effizienter, weil es weniger Pumpen benötigt.“
Ein weiteres Missverständnis ist:
„Ein Primär-Sekundär-System ist immer besser, weil es professioneller ist.“
Keine der Aussagen ist technisch korrekt.
Die Systemeffizienz hängt von der gesamten hydraulischen Auslegung ab.
Ein gut konzipiertes Direktsystem kann äußerst einfach und effizient sein.
Wenn jedoch eine komplizierte Mehrzoneninstallation in einen einzigen Hydraulikkreislauf gezwungen wird, kann dies zu instabilem Durchfluss, übermäßigen Zyklen und schlechter Temperaturkontrolle führen.
Umgekehrt kann das Hinzufügen unnötiger Puffertanks, Pumpen und Mischgeräte zu einem einfachen Wohnsystem die Installationskosten und den parasitären Stromverbrauch erhöhen.
Das richtige Prinzip ist:
Verwenden Sie die einfachste hydraulische Architektur, die den erforderlichen Durchfluss, die erforderliche Temperatur, den Druck und die Regelstabilität unter allen erwarteten Betriebsbedingungen aufrechterhalten kann.
Bei einem Einkreis-Wärmepumpensystem handelt es sich um eine hydronische Konfiguration, bei der die Wärmepumpe und die Heiz-/Kühlterminals denselben Wasserzirkulationskreislauf ohne hydraulische Trennung zwischen der Wärmequellen- und der Lastseite nutzen.
Nicht immer.
Ein Pufferspeicher sollte entsprechend der Mindestsystemwassermenge, der Mindestlaufzeit des Kompressors, den Abtauanforderungen, der Zonenstrategie und den Empfehlungen des Herstellers in Betracht gezogen werden, anstatt automatisch bei jedem Projekt installiert zu werden.
Ja, vorausgesetzt, die Pumpe kann den erforderlichen Auslegungsdurchfluss bei der berechneten Gesamtsystemförderhöhe liefern und gleichzeitig den erforderlichen Betriebsdurchflussbereich der Wärmepumpe beibehalten.
Es ist möglich, aber eine sorgfältige Planung ist erforderlich, da Heizkörper und Fußbodenheizung oft mit unterschiedlichen Wassertemperaturen und Durchflussraten betrieben werden. Ein Mischkreislauf oder ein hydraulisch getrenntes Verteilungssystem kann geeigneter sein.
Ja. Inverter-Wärmepumpen können besonders gut in richtig konzipierten direkt angeschlossenen Systemen funktionieren, da die Kompressorkapazität je nach Wärmebedarf moduliert werden kann. Dennoch müssen die Anforderungen an den Mindestwasserdurchfluss und das Mindestsystemvolumen eingehalten werden.
Die Wärmeübertragung wird hauptsächlich durch den Wasserdurchfluss und die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf bestimmt:
Q ≈ 1,163 × Durchfluss × ΔT
Daher müssen Wärmepumpenkapazität, Endkapazität, Durchflussrate und ΔT zusammen betrachtet werden.
AHydronisches Wärmepumpensystem mit einem Kreislaufist eine der einfachsten Möglichkeiten, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe an die Heiz- oder Kühlanschlüsse eines Gebäudes anzuschließen.
Sein Hauptmerkmal ist, dass dieWärmequelle und Lastseite teilen sich den gleichen Hydraulikkreislauf und den gleichen zirkulierenden Wasserfluss.
Bei richtiger Abstimmung von Wärmepumpe, Umwälzpumpe und Anschlusssystem bietet diese Anordnung mehrere Vorteile:
Die Einfachheit macht jedoch den Wasserbau nicht überflüssig.
Der Designer muss noch Folgendes überprüfen:
Heiz-/Kühllast → Wärmepumpenleistung → Auslegung ΔT → Erforderlicher Wasserdurchfluss → Systemdruckabfall → Pumpenauswahl → Mindestdurchfluss → Wasservolumen → Steuerstrategie
Nur wenn diese Parameter richtig aufeinander abgestimmt sind, kann eine direkt angeschlossene Wärmepumpenanlage effizient und zuverlässig arbeiten.
Für komplexe Mehrzonengebäude, Systeme mit variablem Durchfluss oder Installationen mit unterschiedlichen Endtemperaturen, aPrimär-Sekundär-Hydroniksystemkann eine bessere hydraulische Stabilität und Kontrolle bieten.
Das Ziel besteht also nicht darin, zu entscheiden, ob ein Single-Loop- oder ein Primär-Sekundär-System generell besser ist.
Ziel ist es, die hydraulische Architektur auszuwählen, die den tatsächlichen Betriebsanforderungen des Projekts am besten entspricht.