Da die Außentemperaturen in den Übergangszeiten und im Winter in unseren Breiten relativ kalt sind, ist die Wärmequelle "Luft" für Wärmepumpen nur in begrenztem Rahmen voll einsetzbar. Anders sieht es bei den Wärmequellen "Grundwasser" und "Erdreich" aus.
Immer wieder oder noch wird die britische Wärmeeinheit "BTU" (British Thermal Unit) als Maßeinheit für die Energie bei der Strom- und Dampferzeugung und für die Kühlleistung einer Wärmepumpe verwendet, obwohl diese Einheit seit der gesetzlichen Einführung der SI-Einheiten (Internationale Einheitensystem [Système international d’unités]) im Jahre 1978 des letzten Jahrhunderts nicht mehr verwendet werden "darf" und durch die Einheit "Joule" (J) ersetzt wurde. Dabei entspricht die britische Wärmeeinheit "BTU" der Energiemenge, die für die Erwärmung von einem Pfund Wasser um ein Grad Fahrenheit benötigt wird.
Umrechnungsfaktoren

1 BTU = 1,055 kJ
1 BTU/h = 0,293 W
Einen entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat die Betriebsweise einer Wärmepumpenanlage. Bei der Auslegung der Wärmepumpe wird die Temperatur ermittelt, ab wann eine zweite Wärmequelle (E-Heizstab, Öl, Gas, Holz, Solar, Geothermie, Mini-KWK) zugeschaltet werden muss, um die Heizlast des Gebäudes bei den entsprechenden Außentemperaturen zu gewährleisten und die Anlage mit einer guten Jahresaufwandszahl zu betreiben. Diese Temperatur wird als Bivalenzpunkt oder Dimensionierungspunkt bezeichnet.
Es gibt folgende Betriebsweisen
  •   Monovalenter Betrieb
  •   Monoenergetischer Betrieb
  •   Bivalenter Betrieb
Monovalenter Betrieb
Quelle:  © Novelan
Monovalenter Betrieb
Ein monovalenter Betrieb einer Wärmepumpenanlage setzt voraus, dass der Wärmeerzeuger die notwendige Heizlast des Gebäudes und die Trinkwassererwärmung ohne einen zusätzlichen Wärmeerzeuger abdecken kann. Dies ist nur dann gewährleistet, wenn eine konstante Wärmequelle mit gleichmäßigen Temperaturen zur Verfügung steht.
Das Erdreich oder das Grundwasser mit entsprechend richtig ausgelegten Wärmetauschern (Erdkollektor, Erdsonde) ist die Grundlage für einen monovalenten Betrieb (Sole/Wasser- und Wasser/ Wasser-Wärmepumpe). Außerdem sollte ein Heizsystem vorhanden sein, das mit Flächenheizungen (Fußboden-, Wandflächen) und/oder Ventilatorkonvektoren, WP-Heizkörper und geringen Vorlauftemperaturen bis ca. 40 Grad arbeiten.
Die Außenluft eignet sich als Wärmequelle für einen monovalenten Betrieb unter wirtschaftlichen Betrachtungen nicht, da die schwankende und auch zeitweise zu niedrige Temperatur nur bis zu dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) eine ausreichende Jahresaufwandzahl erreichen lässt. Hier ist nur ein monoenergetischer oder bivalenter Betrieb möglich.
Wärmepumpe und Heizstab
Quelle:  © Novelan
Monoenergetischer Betrieb
Bei dem monoenergetischer Betrieb wird ab dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) einer Luft-Wärmepumpenanlage mit der gleichen Energie zugeheizt. Die Beheizung erfolgt also über eine elektrische Widerstandsheizung inform eines Elektroheizstabes im Pufferspeicher oder sie ist in der Wärmepumpe integriert.

Diese Zuheizung ist nur wenigen Tagen in der Heizperiode (ca. 5 %) notwendig. Hier kann die Jahresaufwandszahl noch im hinnehmbaren Rahmen liegen. Die Praxis hat gezeigt, dass der Heizstabbetrieb bei richtiger Anlagenplanung teilweise überhaupt nicht notwendig wird.
Bivalenter Betrieb
Quelle:  © Novelan
Bivalenter Betrieb
 Bei dem bivalenten Betrieb einer Wärmepumpenanlage übernimmt ab dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) ein zweiter Wärmeerzeuger (Öl, Gas, Holz, Geothermie, Mini-KWK) die Beheizung der Anlage oder sie arbeiten im bivalent-parallelen Betrieb.
Die Übernahme der Beheizung ab dem Bivalenzpunkt durch den zweiten Wärmeerzeugers wird meistens bei der Sanierung von bestehenden Gebäuden in Altanlagen eingesetzt, wenn höherere Systemtemperaturen benötigt werden.

Ein bivalenter Betrieb wird in der Regel nur in Luft-Wärmepumpenanlagen und in Anlagen mit Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern (60° C Wassertemperatur) eingesetzt.


Quelle: Elcotherm AG

Bivalenzpunkt / Dimensionierungspunkt
Bei der Auslegung einer Luftwärmepumpe wird der Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) festgelegt, da mit dem Absinken der Außentemperaturen die Heizlast des Gebäudes steigt und die Wärmepumpenleistung geringer wird. Je nach der Heizlast des Hauses liegt dieser Punkt im Temperaturbereich zwischen -4 °C und -8 °C. Ab dieser Temperatur ist ein effizienter Betrieb einer Luftwärmepumpe nicht mehr möglich. Deshalb werden solche Anlagen als bivalente Heizung (Hybrid-Heizung) betrieben. Hier gibt es die verschiedensten Kombinationsmöglichkeiten (Öl, Gas, Holz, Solar, Geothermie, Mini-KWK).

Unter bestimmten Bedingungen kann ein Heizstab die fehlende Wärme liefern. Ob der Einsatz einer direkten Stromheizung (Trinkwassererwärmung) sinnvoll ist, muss der Fachplaner vor Ort nach den Gewohnheiten des Betreibers ermitteln.

Bei einer monoenergetisch betriebenen Luft-Wasser-Wärmepumpe wird der Heizbedarf bis zum Bivalenzpunkt gedeckt. Darunter wird eine Zusatzheizung notwendig. Hier kann ein Heizstab oder auch ein noch vorhandener Wärmeerzeuger (Gasgerät, Ölkessel, Festbrennstoffkessel) eingesetzt werden. Bei einem bivalenten Betrieb wird besonders bei höheren Systemtemperaturen der Bivalenzpunkt höher angesetzt.
Der Deckungsanteil der Wärmepumpe sollte  möglichst hoch sein, damit die Betriebskosten möglichst gering sind und die Jahresarbeitszahl möglichst hoch ist. In der Regel sind die Anzahl der Tage mit Außentemperaturen unter -5 °C sehr gering und deshalb wird der Bivalenzpunkt um diese Temperatur festgelegt bzw. ermittelt. So ist dann z. B. der Anteil der Zusatzheizung bei -10 °C AT ca. 1 % und bei -16 °C ca. 4 % der gesamten Wärmemenge.
Deckungsanteil der Wärmepumpe ( % )
Klimazone / Auslegungstemperatur
( °C )
Bivalenzpunkt / Dimensionierungspunkt ( °C )
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
-10
100
100
100
100
100
99
99
99
99
98
98
97
96
94
92
90
87
84
81
-12
100
100
100
99
99
99
99
98
98
97
96
95
93
90
88
86
83
80
77
-14
100
100
99
98
98
98
98
97
97
96
94
92
90
88
85
82
79
75
72
-16
99
99
98
98
97
97
97
96
95
94
92
90
87
84
81
78
74
71
67

Frostschutzventil für Wärmepumpen

Wenn bei einer Monoblock-Wärmepumpen- oder Hydrosplit-Wärmepumpenanlage für den Heizkreis keine Frostfreiheit gewährleistet werden kann, entleeren Frostschutzventile die Rohrleitungen. Sofern der Wärmepumpenmanager und Heizungsumwälzpumpe betriebsbereit sind, arbeitet die Frostschutzfunktion des Wärmepumpenmanagers. Bei Außerbetriebnahme oder Stromausfall ist die Anlage zu entleeren und gegebenenfalls auszublasen, denn der Betrieb mit einem Frostschutzmittel (in der gesamten Anlage oder durch einen Trenntauscher mit zusätzlicher Umwälzpumpe) würde die Effizienz verringern.


.Frostschutzventil - Serie 108
Quelle: Caleffi Armaturen GmbH

Das Frostschutzventil ermöglicht das Ablassen der Flüssigkeit im Kreislauf, wenn die Durchschnittstemperatur im Kreislauf 3 °C erreicht. Dadurch wird die Bildung von Eis im Kreislauf einer Anlage, im Allgemeinen einer Wärmepumpenanlage, verhindert, wodurch mögliche Schäden an der Anlage und den Leitungen vermieden werden.
Bei der Version mit Umgebungsluftfühler kann die Anlage auch bei Wassertemperaturen von ca. 3 °C im Kühlmodus betrieben werden. Unter solchen Bedingungen verhindert der Eingriff des Luftfühlers das Ablassen von Wasser.
Die Frostschutzventile arbeitet mechanisch. Wenn die Wärmepumpe keine Sicherheitseinrichtungen hat, um Schäden bei einer Entleerung sicherzustellen, muss beim Einsatz der Frostschutzventile ein elektronischer Drucksensor in die Anlage integriert werden, der im Notfall die Wärmepumpe abschaltet, bzw. den Start einer entleerten Anlage verhindert.
Die Ventile sind im Freien und im kälteren Abschnitt der Anlage sowie immer möglichst weit weg von beeinträchtigenden Wärmequellen zu installieren und vor Regen, Schnee sowie direkter Sonneneinstrahlung zu schützen. Sie dürfen nur senkrecht und mit dem Abflussweg nach unten installiert werden, wobei die Rohrleitungen auf beiden Seiten mit Gefälle zu den Ventilen zu verlegen sind. Außerdem ist ein Bodenabstand von mindestens 15 cm einzuhalten, damit das Ablaufen des Wassers aus dem Ventil nicht durch Eis behindert werden kann.

Frostschutzventil - Serie 108
Caleffi Armaturen GmbH
Frostschutzventil - Montageanleitung
AFRISO-EURO-INDEX GmbH
Frostschutzventil für Monoblock Wärmepumpen
Giacomini GmbH

Livedaten - Wärmepumpenanlagen

Aktuelle Messwerte - Anlagenübersicht - Jan Meyer, Schweiz

Wärmepumpenanlagen

144 Wärmepumpenanlagen

Hydraulik und Steuerung -Solar-WP - Familie Güttinger Honegger

wer kennt andere Anlagendaten-Live?

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Leider musste ich viele Links wieder rausnehmen, weil die Links nicht mehr funktionierten.
Warum ist das so?

Aquarea Club - Effiziente Betriebsweise - Wärmepumpen-Heizung - Manfred Adler

Wärmepumpen Verbrauchsübersicht

Aquarea Club - Effiziente Betriebsweise - Wärmepumpen-Heizung
Planungshilfe Wärmepumpen - Solarbayer® GmbH
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