Ti zent frenger energy solutions geozent eco 1071794 03 2014

GEOZENT Eco®T E C H N I S C H E S P L A N U N G S H A N D B U C H

H O C H E F F I Z I E N Z- G R O S S W Ä R M E P U M P E NM I T I N T E G R I E R T E R E N E R G I E Z E N T R A L E

Z E N T- F R E N G E R G E OZ E N T E CO2

Energieeffi ziente und nachhaltige Lösungen. Hoher Komfort für ein optimales Arbeits-

umfeld. Einfache Integration der Systeme in den

Bauprozess. Hohe Zuverlässigkeit und niedrige Wartungs-

kosten. Technische Unterstützung vom ersten Entwurf

an über die Installation bis hin zur Gebäude-nutzung.

Unsere Erfahrung, Ihr Mehrwert

Zent-Frenger Energy Solutions bietet ganzheitliche Konzepte für energetische Gesamtlösungen und begleitet Bauvorhaben in allen Projektphasen, vom ersten Entwurf bis zur Gebäudenutzung.

Die Lösungen zur Gebäudetemperierung, Energie-bereitstellung und Energieverteilung sorgen für bestes Wohlfühlklima in Lebens- und Arbeitsräumen bei optimierten Kosten und tragen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emission bei – für nachhaltige Lebenswelten zum Wohlfühlen.

Lösungen von Zent-Frenger Energy Solutions stehen für hervorragende Qualität und gewährleisten eine einfache Integration in den Bauprozess.

Wir liefern zuverlässige und effi ziente Installations-technologien zum Heizen/Kühlen und für die Trinkwasser-installation, die langfristig einen nachhaltigen und störungsfreien Betrieb Ihres Gebäudes garantieren – und das bei niedrigen Wartungskosten.

1. MachbarkeitsanalyseAuf Grundlage der individuellen Kundenanforde-rungen in Bezug auf Wirtschaft lichkeit, Nach -haltigkeit und Energieeffi zienz leisten wir gezielte Beratung mit Hinblick auf die geeignetesten Lösungen für ein Gebäude.

4. Montage und ProjektleitungWir unterstützen Ihr Projektteam bei Planung, Organisation und Ressourcenmanagement. In enger Zusammenarbeit mit den angrenzenden Gewerken gewährleisten wir einen optimalen Materialfl uss und effi ziente reibungslose Montage.

2. LösungskonzepteMit Hilfe modernster Engineering-Soft ware entwickeln wir Konzeptvorschläge gemäß den Kundenbedürfnissen und unter Berücksichtigung der spezifi schen Gegebenheiten.

5. Inbetriebnahme und ÜbergabeBevor die Systeme an Sie übergeben werden, unterziehen wir sie umfangreichen Tests und führen die Inbetriebnahme aus.

3. Technische PlanungWir verwandeln Ideen in technische Umsetzung unter Berücksichtigung aller relevanten Daten und der geltenden Normen. Unsere Zent-Frenger Planungsexperten, die Ihr konkretes Projekt betreuen, verfügen über jahrelange Erfahrung.

6. KundendienstleistungenZur Sicherstellung einer langjährigen Anlagen-verfügbarkeit bieten wir fachliche Inspektionen und Wartung unserer Anlagen sowie Qualitäts-kontrollen mit modernen Prüft echniken, wie z.B. Thermografi e, Druckprüfung, Dichtheitsprüfung und Analyse der Wasserqualität.

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Alle rechtlichen und technischen Informationen wurden nach bestem Wissen sorgfältig zu sammengestellt. Fehler können dennoch nicht vollständig ausgeschlossen und hierfür keine Haft ung übernommen werden. Das Werk ist einschließlich aller seiner Teile urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der durch das Urhebergesetz zugelassenen Ausnahmen ist ohne Zustimmung der Zent-Frenger GmbH nicht gestattet. Insbesondere Vervielfältigungen, der Nachdruck, Bearbeitungen, Speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, Über-setzungen und Mikroverfi lmungen behalten wir uns vor. Technische Änderungen vorbehalten.

Copyright Zent-Frenger GmbH

GEOZENT Eco®Kompakte Wärmepumpenstationen für höchste Ansprüche

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PlanungsdokumentationInformationen zur Planung, Dimensionierung und Handhabung von GEOZENT Eco Wärmepumpen

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Anwendungsfälle und Beispiele Schematische Darstellung unterschiedlicher Anlagenkonzepte mit GEOZENT Eco Wärmepumpen

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Technische DatenTechnische Daten und Leistungskurven der GEOZENT Eco Wärmepumpen

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Abmessungen und SicherheitsabständeAbmessungen und Sicherheitsabstände von GEOZENT Eco Wärmepumpen und Platzbedarf für die Aufstellung

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GEOZENT Eco® – kompakte Wärmepumpenstationen für höchste Ansprüche

Leise, effi zient, kompakt und leistungsstark

In diesen Disziplinen Höchstleistungen zu erbringen, war die treibende Kraft bei der Entwicklung unserer Wärme-pumpen. Die leistungsstarken Baureihen, welche sich durch hervorragende COPs und eine äußerst kompakte Bauweise auszeichnen, sind das Resultat langjähriger Erfahrung, Innovation und modernster Technik.

Flexibel im Einsatz

GEOZENT Eco Wärmepumpen sind für die hohen Anfor-derungen in Gewerbe- und Industriebauten sowie im Wohnungsbau (z.B. Siedlungen) konzipiert. Die fein abgestuft e Modellpalette umfasst insgesamt 7 Leis-tungsstufen. Im Sole/Wasser-Betrieb decken diese den Leistungsbereich von 80 bis 320 kW ab. Mehrere Geräte lassen sich zu einer Einheit zusammenschließen, so dass die Bau reihe GEOZENT Eco durch diese Kaskadenschaltung für Heizleistungen bis über 1.000 kW eingesetzt werden kann.

Auch zur Trinkwassererwärmung einsetzbar

Die bis zu 50 °C hohen Austrittstemperaturen ermögli-chen die effi ziente Grunderwärmung von Trinkwasser. Lediglich für die thermische Desinfektion gemäß DVGW Arbeitsblatt W 551 zur Legionellenprophylaxe ist eine bauseitige Nacherhitzung erforderlich.

Einfache Steuerung und Bedienung

Zur Steuerung und Überwachung der Wärmepumpen-anlagen setzt Zent-Frenger auf einen bewährten Highend-Regler. Das beleuchtete Display und die Menüführung im Klartext garantieren eine ausge-prägte, anwenderfreundliche Bedienung. Durch den fl exiblen modularen Aufbau sind Anforderungen wie Anlagen-Fernwartung, Kaskadenschaltung, bivalenter Betrieb, Draht- und Funkverbindung kaum Grenzen gesetzt.

Vielfältige Energiequellen nutzbar

GEOZENT Eco Wärmepumpen sind mit den unter-schiedlichsten Energiequellen einsetzbar. Egal ob geo-thermische Quellen, Abwärmenutzung oder sonstige Energiequellen – GEOZENT Eco Wärmepumpen passen in nahezu jedes Anlagenkonzept.

Mögliche Energiequellen können sein:

Geotherme Quellen Energiepfähle Erdsonden Brunnenanlagen Thermoaktive Fundamente Horizontalkollektoren

Abwärmenutzung Prozessabwärme in Industriebetrieben Gebäudeabwärme über RLT Anlagen Abwärmenutzung in Kfz-Tunneln Abwasserkanäle

Innovative neue Quellen Eisspeicher (Latentspeicher) Feuerlöschbecken Rückkühler als Wärmequelle …

Nutzer und Abnehmer können sein:

Allgemein Heizspeicher Kühlspeicher Trinkwasserbereitung

Industrie Logistik Chemische Industrie (Abwärmenutzung und

Kältebedarf) Lebensmittelindustrie Wasserwirtschaft (Klärschlammtrocknung) Produktion (Hallenheizung, Kühlung, ...)

Gewerbe Klimaanlagen (Hotelzimmer, Jugendherbergen,

Bürogebäude, ...) Gastronomie (Klimatisierung) Öff entliche Einrichtungen (Bibliotheken, Schulen,

Kindergärten, Krankenhäuser, ...) Stadien, Sportarenen, Fußballfeld Eisfreihaltung von Straßen

Wohnbereich Mehrfamilienhäuser Wohnblöcke Apartmenthäuser Nahwärmeversorgung von Siedlungen

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Zuverlässig durch hochwertigen Komponenten

Modernste Technik, wie z.B. elektronische Expansions-ventile, garantiert höchste Effi zienz. Die laufruhigen Schraubenverdichter passen die Leistung den saisonalen Temperaturschwankungen optimal an und ermöglichen einen langjährigen, zuverlässigen Betrieb.

Kompakte Abmessungen

Durch die Unterbringung aller relevanten Bauteile auf engstem Raum benötigen GEOZENT Eco Wärmepumpen nur wenig Platz im Technikraum. Aufgrund der modula-ren Bauweise können auch größere Geräte ohne Probleme in die örtlichen Gegebenheiten eingebracht werden. Staplereinschübe sowie Kranösen gewährleisten die ein-fachen Be- und Entladung und sorgen für die nötige Mobilität auf der Baustelle.

Ihr Plus

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten zum Heizen, Kühlen, Dualbetrieb, Naturalkühlen und zur Trinkwassererwärmung im Gewerbe-, Industrie- und Wohnungsbau

Praxisgerechte Leistungsabstufungen bis max. 320 kW, kaskadierbar für höhere Leistungsanfor-derungen

Als Sole/Wasser-Wärmepumpe lieferbar Kompakte Abmessungen für optimale Raumnut-

zung bei der Aufstellung Hohe Laufruhe durch stufenlos geregelten

Schraubenverdichter Intelligente und bewährte Regelungstechnik Benutzerfreundlich angeordnete Bedien elemente

mit Touch Display Zeitgemäße Inbetriebnahme + Servicekonzepte

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HauptkomponentenBeispiel: Eco 80 (einteilig)Darstellung ohne Gehäuse

1 stabiler Grundrahmen mit Staplereinschüben und Kranösen

2 laufruhiger und stufenlos regelbarer Schraubenverdichter

3 Edelstahl-Plattenwärmetauscher

4 präzise regelnde Ventile

5 drehzahlgeregelte Qualitätsumwälzpumpen für Kälte- und Solekreis

6 fertig verdrahteter Schaltschrank mit Regelelektronik und Touch-Display

HauptkomponentenBeispiel: Eco 320 (zweiteilig)Darstellung ohne Gehäuse

1 stabiler Grundrahmen mit Staplereinschüben und Kranösen

2 laufruhiger und stufenlos regelbarer Schraubenverdichter

3 Edelstahl-Plattenwärmetauscher

4 präzise regelnde Ventile

5 drehzahlgeregelte Qualitätsumwälzpumpen für Kälte- und Solekreis

6 fertig verdrahteter Schaltschrank mit Regelelektronik

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Planungsgrundlagen

Allgemeine Planungshinweise ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8

Auslegungshinweise ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11

Quellen für die Energiegewinnung bzw. Wärmeabfuhr ••••••••••••••••••••••••11

Spülen und Befüllen des Solekreises •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16

Betriebsarten •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19

Ermittlung der Heizleistung ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22

Ermittlung der Norm-Heizlast bei Sanierungen ••••••••••••••••••••••••••••••22

Berechnung der Norm-Heizlast bei Neubauten ••••••••••••••••••••••••••••••24

Dimensionierung der Wärmepumpe ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27

Hilfestellung für behördliche Genehmigungen •••••••••••••••••••••••••••••••29

Auslegung der Wärmepumpe

Transport, Aufstellung, Anschluss und Inbetriebnahme

Transport und Aufstellung ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30

Anschluss und Inbetriebnahme •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31


Zent-Frenger GEOZENT Eco > Planungsdokumentation > Planungsgrundlagen

Allgemeine Planungshinweise

Vorschrift en und Bewilligungspfl icht

Für die Planung und Installation von Wärmepumpenan-lagen sind die dafür gültigen Vorschrift en und Richtlinien (VDI 4640 usw.) verbindlich. Es wird empfohlen, in der Planungsphase genehmigungspfl ichtige Aspekte frühzei-tig abzuklären.

WärmequellenDie Art der Wärmequellenanbindung, die Wasserentnahme aus öff entlichen Gewässern sowie die Versetzung/Erweiterung von Erdwärmesonden (oder Erdregistern) sind durch das zuständige Amt zu bewilligen. Die Ertei-lung der Bewilligung hängt von den geologischen Gegebenheiten am Anlagenstandort ab.

StromanbieterJeder elektrische Anschluss einer Wärmepumpe benö-tigt eine Bewilligung des zuständigen Elektrizitätswerkes, z.B. weil der Anlaufstrom eine große Rolle für die Netz-absicherung spielt. Für den Antrag müssen die elektrischen Daten der Wärmepumpe bekannt sein (siehe technische Daten der entsprechenden Wärmepumpe). Zudem sollten im Anfangsstadium der Planung bereits Hoch-, Nieder- und Spezialtarife und in seltenen Fällen auch Sperrzeiten geklärt werden.

Hinweise zur Trinkwassererwärmung

Die oft mals geforderten Warmwassertemperaturen von 50 °C liegen an der oberen Einsatzgrenze der Wärmepumpe, grundsätzlich ist die Abdeckung des Warmwasserbedarfs mit der Wärmepumpe aber möglich.

Der Einsatz eines Kombispeichers (Speicher-in-Speicher) bietet eine gute Lösung für Heizungssysteme mit einer Auslegungstemperatur > 45 °C und bei Einsatz eines Puff erspeichers. Eine Nacherwärmung des Warmwassers kann entweder mit direkter elektrischer Energie (Elektro-heizeinsatz) oder mittels Sonnenkollektoren unterstützend erfolgen.

Bei Wärmepumpen mit größeren Nennleistungen ist ein Boiler mit externem Trinkwasser-Wärmeübertrager vor-zusehen. Dabei sind Wassermenge, Temperaturdiff erenz sowie Kondensatorleistung der Wärmepumpe zu berück-sichtigen.

Schallemissionen

Körperschallübertragungen an das Heizsystem und auf das Gebäude sind durch konsequenten Einsatz von fl exiblen Anschlüssen zu vermeiden:

Schläuche oder Kompensatoren für Rohrleitungsan-schlüsse

fl exible mechanische Verbindungen bei Mauerdurchführungen direkten Kontakt der

Rohre zur Mauer vermeiden Schwingungsdämpfende Befestigungen optionales Gehäuse mit innenliegendem Dämm-

material

Um Körperschallübertragung über den Boden an das Gebäude zu reduzieren bzw. vermeiden, ist es oft -mals sinnvoll, die GEOZENT Eco Wärmepumpe auf einen allseitig trittschallentkoppelten Betonsockel zu stellen.

Planungsgrundlagen

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Bauseitige Komponenten

Puff erspeicherGrundsätzlich ist der Einsatz von Heizspeichern in Verbin-dung mit Großwärmepumpen sinnvoll. Der Heiz-, Kühl-, oder auch Puff erspeicher sorgt für einen hydrau lischen Nullpunkt und eine hydraulische Trennung zwischen dem wärmeliefernden Kreis und dem heizungsseitigen Bedarfskreis.

Puff erspeicher bieten folgende Funktionen:

Speicherung der überschüssigen Wärmepumpenheiz- bzw. -kühlleistung

Anschlusserweiterung für zusätzliche Heiz- bzw. Kühlkreise

Schutz vor dem Takten der Wärmepumpe bei wechselnden Be- und Entladezuständen

Die Auslegung eines Puff erspeichers erfolgt unter Berücksichtigung folgender Rahmenbedingungen:

maximal anstehender Förderstrom (Liefer- und Verbraucherseitig)

Leistung der Wärmepumpe

Der maximal anstehende Förderstrom ist zur Auslegung der Geometrie des Speichers wichtig. Er hat großen Einfl uss auf die Schichtbildung im Speicher. Um eine ein-deutige Messung der Temperaturen zu ermöglichen, darf keine Querströmung (und damit verbundene Ver-mischung) im Speicher vorkommen. Um eine optimale Abnahme zu gewährleisten, wird der maximale Förder-strom im Verbrauchernetz zur Auslegung herangezogen. Bei maximaler Fördermenge sollte eine Zeitspanne von ca. 1 Minute ermöglicht werden, bis das kalte rück-strömende Wasser am oberen Speicheraustritt anliegt. Damit wird der stufenlos regelnden Wärmepumpe eine entsprechende Zeit gegeben, um auf den Bedarf zu rea-gieren, ohne ein Takten der Wärmepumpe zu provozieren.

Eine weitere wichtige Aufgabe eines Puff erspeichers ist die Wärmeaufnahme im Abschaltbetrieb. Um einzelne Komponenten nicht zu beschädigen, wird eine Wärme-pumpe nur im Notfall hart abgeschaltet. Für gewöhnlich regelt die Wärmepumpe sich langsam runter und schal-tet anschließend auf niedrigem Niveau ab. Da wir hierbei von Einzelleistungen einer GEOZENT Eco von bis zu 320 kW ausgehen, stehen auch beim Herunterfahren der Wärmepumpe noch sehr hohe Leistungen an.

Um ein Notabschalten zu vermeiden, sollte ein stetiger Durchfl uss der Abnahmeseite gewährleistet werden. Die Regelung der GEOZENT Eco beinhaltet diese Funk-tion und darf nicht durch extern angesteuerte Ventile behindert werden. Außerdem sollte die Verbraucherseite in der Lage sein, überschüssige Wärme aufzunehmen ohne zu überhitzen, um die oben beschriebene Notab-schaltung zu verhindern. Beides wird durch einen parallel eingebundenen Puff er speicher gewährleistet. Der oben beschriebenen Problematik ist auch im Kühlfall Rechnung zu tragen.

Parallelschaltungen von Puff erspeichern

3-LeiterHeizen

3-LeiterKühlen

4-LeiterHeizen/Kühlen

WPPS

Verbraucher

WPPS

Verbraucher

WP VerbraucherPS

WP: Wärmepumpe/EnergiezentralePS: Puff erspeicher

Reihenschaltungen von Puff erspeichern bei nur einem Verbraucherkreis

Puff erspeicher im Vorlauf

Puff erspeicher im Rücklauf

WPPS

Verbraucher

WPVerbraucher

PS

WP: Wärmepumpe/EnergiezentralePS: Puff erspeicher


AusdehnungsgefäßeDas Ausdehungsgefäß wird im Verbraucher- und im Quellenkreislauf benötigt. Die Dimensionierung des Ausdehnungsgefäßes muss sicherstellen, dass bei höchsten und niedrigsten Temperaturen der zulässige Druck nicht über- bzw. unterschritten wird. Bei Ver-wendung anderer Flüssigkeiten als Wasser (z.B. Ethylen-glykol/Wasser-Gemisch) ist zu beachten, dass der Ausdehnungskoeffi zient deutlich über dem von Wasser liegt und das Volumen des Ausdehnungsgefäßes entsprechend größer sein muss.

Bei der Dimensionierung eines Ausdehnungsgefäßes müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:

Flüssigkeitsvolumen im eingebauten Kreislauf, geringste und höchste Temperatur des Mediums, kubischer Ausdehnungskoeffi zient der Flüssigkeit, der höchst zulässige Anlagendruck.

Die gebräuchlichste Bauform der Druckausdehnungs-gefäße ist das Membranausdehnungsgefäß. Neben dem klassischen Ausdehnungsgefäß gibt es auch aktive

Druckhaltungssysteme. Diese arbeiten mit eigenen Pumpen und halten einen konstanten Druck. Die Positionierung des Ausdehungsgefäßes sollte im Bereich der Quelle immer im Rücklauf zur Wärme pumpe (Vor lauf vom Geothermiefeld) stattfi nden. Auch Verbrau-cherseitig ist eine Einbindung der Ausdehnungsgefäße gleichfalls in den Rücklauf der Wärmepumpe (Rücklauf vom Heiz- und Kühlnetz) vorzusehen. Für die genaue Auslegung der Ausdehnungsgefäße bieten die Hersteller kostenlose Auslegungsprogramme an.

ÜberströmventileNur in Verbindung mit einem in Reihe geschalteten Speicher sollte ein Überströmventil eingeplant werden. Ohne Puff erspeicher ist der Einsatz von Überström-ventilen bei Wärmepumpen dieser Baugröße aus folgen-den Gründen zu vermeiden: Durch ein Überströmventil fl ießt das Medium auf wesentlich kürzerem Weg zurück zum Eintritt der Wärmepumpe, ohne die erzeugte Wärme abgeben zu können. Da die Wärmepumpe im Falle einer Überhitzung i.d.R. nicht schnell genung herunter gefahren werden kann, spricht bei einer Hoch-druckstörung im schlechtesten Fall der Sicherheits-druckschalter an. Dieser kann von einem Techniker erst nach Prüfung der Anlage reaktiviert werden. Zudem besteht beim Einsatz eines Überströmventils ohne Puff erspeicher im Kühlfall die Gefahr, dass der Verdampfer einfriert.

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PSL

PI

PSL

PI

PSL

PI

Anordnung von Ausdehnungsgefäßen in den Quellen- und Verbrau-cherkreisen



Auslegungshinweise

Betriebsweisen von Wärmepumpen

Die Sole/Wasser-Wärmepumpe wird in der Regel als monovalente Heizung eingesetzt. Bei richtiger Dimensi-onierung der Wärmepumpe und der Erdwärmesonde bietet die Erdwärme eine relativ konstante Wärmequelle und ermöglicht der Wärmepumpe gute Betriebsbedin-gungen und somit auch hohe Leistungszahlen.

Optimal ist auch ein Betrieb zur Grundlast abdeckung. Hier wird ein langer und stetiger Betrieb vorausgesetz, welcher für die Wärmepumpe ideal ist, um gute COP-Werte zu erreichen. Für die Spitzenlastabdeckung können konventionelle Wärmeerzeuger kurzzeitig herange-zogen werden. Dadurch wird eine optimale Nutzung der verschiedenen Ressourcen erreicht.

Monovalenter Betrieb Im monovalenten Betrieb werden 100 % der erforder-lichen durchschnittlichen Gebäudewärmeleistung bei tiefsten Außenluft temperaturen und maximalen Vorlauf-temperaturen durch die Wärmepumpe erbracht.

Wird die Wärmepumpe monovalent (ohne zusätzliche Wärmeerzeuger) betrieben, sind folgende Grund daten sorgfältig zu berechnen beziehungsweise abzuklären:

Wärmebedarf ermitteln oder durch bisherigen Energieverbrauch bestimmen.

Maximal erforderliche Vorlauft emperatur des Heizungssystems berechnen.

Monoenergetischer Betrieb Unter einem monoenergetischem Betrieb versteht man die Verwendung von zwei Wärmeerzeugern, welche sich aus der gleichen Primärenergie speisen. Zum Beispiel eine Wärmepumpe zusammen mit einem E-Heizstab. Beide Varianten verwenden Strom als Primärenergie. Diese Version kommt häufi g bei kleineren Wärmepumpen im Eigenheim Bereich zum Einsatz, da die dort verwen-deten Wärmepumpen oft mals über einen integrierten E-Heizstab für die Trinkwarmwasserbereitung verfügen.

Bivalenter BetriebBeim bivalenten Betrieb wird im Gegensatz zum mono-energetischem Betrieb auf verschiedene Primärenergien zurückgegriff en. Beispielsweise wird neben dem Strom für die Wärmepumpe häufi g ein fossiler Verbrennungs-prozess als zweiter Energielieferant genutzt.

Wird die Wärmepumpe bivalent (mit zusätzlicher Wärmeerzeugung) betrieben, sind folgende Grund-daten sorgfältig zu berechnen beziehungsweise abzuklären:

Wärmebedarf ermitteln oder durch bisherigen Energieverbrauch bestimmen.

Maximal erforderliche Vorlauft emperatur des Heizungssystems berechnen.

Bestimmung des Bivalenzpunktes (Umschaltpunkt).

Beim bivalenten Betrieb (gleichzeitiger Betrieb zweier Wärmeerzeuger) müssen die Erdwärmesonden zwingend durch ein ausgewiesenes Ingenieurbüro dimensioniert werden.

Heizen

Verbraucher

Kühlen

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Trennwärmetauscher(Zwischenkreis)

Fließrichtung Grundwasser

Indirekte Grundwassernutzung

Die Nutzung von Oberfl ächengewässern (Fluss-, See- oder Bachwasser) lassen durch ihre relativ großen Temperaturschwankungen in der Regel keinen monova-lenten Betrieb mit einer Direktnutzung zu. Der für die indirekte Nutzung benötigte Wärmetauscher im Zwischen-kreislauf ist aus korrosionsbeständigem Material zu wählen und muss problemlos zu reinigen sein. Es gilt zu beachten, dass die Zwischenkreislauft emperatur je nach Wärmequelle unter den Gefrierpunkt fallen kann (Frostschutz im Zwischenkreislauf). Deshalb ist die Konzentration des Wärmeträgers im Zwischenkreislauf auf die tiefstmögliche Verdampfungstemperatur auszulegen.

Quellen für die Energiegewinnung bzw. Wärmeabfuhr



Erdwärmenutzung mit Erwärmesonden Thermische Regeneration des UntergrundesVergleichbar mit einem Akkumulator hat der durch die Erdwärmetauscher erschlossene Untergrund eine begrenzte Wärmekapazität. Bei hohen Entzugsleistun-gen kühlt der Untergrund schneller ab, d.h. je höher die Entzugsleistung desto kürzer die maximal mögliche Entnahmedauer.

Die thermische Regeneration des Untergrunds ist für einen nachhaltigen Anlagenbetrieb sowohl aus tech-nischer als auch aus wasserrechtlicher Sicht von entschei-dender Bedeutung. Sie hängt neben den geologischen Gegebenheiten (Gesteinseigenschaft en und Grundwasser-verhältnisse) auch von der Betriebsweise der Wärme-pumpenanlage ab (Heizbetrieb und/oder Kühlbetrieb). Dabei ist zu beachten, dass dem Untergrund im Heiz-betrieb Wärme entzogen wird, während im Kühlbetrieb eine Wärmerückführung in den Untergrund erfolgt.

Zur Bestimmung der Gesteinskennwerte (Wärmeleitfä-higkeit λ, spezifi sche Wärmekapazität c, ungestörte Temperatur T0) wird in der Regel eine Testsonde erstellt, an der ein Geothermal Response Test (GRT) durchge-führt wird. Zusätzlich können mögliche Grundwasser-einfl üsse durch den Vergleich der Temperaturprofi le vor und nach dem GRT erkannt werden. Die Ergebnisse des GRT sowie die Energien und Leistungen im Untergrund sind wichtige Eingangsdaten für die geothermische Simu-lation. Bei Anlagen mit einer Wärmepumpengesamt-heizleistung >30 kW und bei Anlagen mit mehr als 2400 Jahresbetriebsstunden muss die korrekte Anlagenaus-legung gemäß VDI 4640 Blatt 2 durch eine geeignete geothermische Simulation nachgewiesen werden.

Die Grundwasserverhältnisse am Standort haben einen entscheidenden Einfl uss auf die geothermische Nutz-barkeit des Untergrundes:

I. Bei strömendem Grundwasser erfolgt eine relativ schnelle, natürliche Regeneration des Untergrunds.➔ Der Untergrund dient bedarfsabhängig als Wärme- und/oder Kältequelle.

II. Ohne strömendes Grundwasser erfolgt die natürliche Regeneration wesentlich langsamer. Deshalb sollte hier auf eine ausgeglichene Energiebilanz im Untergrund (d.h. Entzug ≈ Eintrag) geachtet werden, um einen nachhaltigen Anlagenbetrieb sicherzustellen.➔ Der Untergrund dient dabei als saisonaler Wärmespeicher.


Allgemeine HinweiseDie Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe wird wesentlich durch die Auslegung der Erdwärmesonden beeinfl usst. Für die Dimensionierung ist die Kälteleistung der Wärmepumpe am Auslegungspunkt, die Lage und die Anordnung sowie die Länge der Erdwärmesonden zu berücksichtigen. Je nach geografi scher Lage sowie der Bodenbeschaff enheit (geologisches Gutachten) kann die Entzugsleistung abweichen. Für die Versetzung von Erdwärmesonden sind die allgemeinen Bohr- und Verle-gungsbedingungen der Bohrfi rma zu beachten.

Die zum Einsatz kommenden Erdwärmesonden-Typen sind in Einfach-U, Doppel-U oder Koaxial ausgeführt. Sie haben einen Durchmesser von 130 – 200 mm und werden in einer Bohrtiefe von 50 – 140 m einge-bracht. Um eine optimale Anbindung an das Erdreich zu gewährleisten, wird das Bohrloch mit einem gut wärmeleitenden Materiel verpresst.

Erdsonden sind nach dem Einbau im Fall einer Undichtig-keit nicht mehr oder nur mit großem Aufwand zugän-gig. Deshalb ist eine vorherige Druckprüfung unbedingt erforderlich. Diese ist gemäß VDI 4640 Blatt 2 sowie DVGW-Arbeitsblatt W400-2 bzw. DIN EN 805 durchzu-führen. Folgende Druckprüfungen sind Vorschrift bzw. werden empfohlen:

Werksprüfung der Sonden vor der Auslieferung Druckprüfung vor dem Verpressen empfohlen Funktionsprüfung der verpressten Sonden gemäß VDI.

Prüfdruck laut VDI min. 6 bar, max. Druckabfall 0,2 bar Systemdruckprobe vor Inbetriebnahme mit dem

1,5 fachen Betriebsdruck


Hinweis

Der Bohrer kann während des Bohrvorganges verlaufen. Um dennoch genügend thermischen Abstand zwischen den Erdsonden zu gewährleis-ten, ist der oben angegebene Abstand zwischen den einzelnen Bohrstellen empfehlenswert. Je tiefer gebohrt wird, desto größer muss der Abstand zwischen den Sonden gewählt werden, um das Verlaufen der Bohrung auszugleichen.

min

. 1,0

m

min

. 1,2

m

Erdreich Füllung mit Sand LeitungenErdreichFüllung nach Aushub

L L

L L

L

L

Minimale Abstände zwischen mehreren Erdsonden

Anordnung mehrerer Erdwärmesonden Leitungsverlegung im Erdreich

Sondenlänge[m]

Min. Verlege abstand L [m]

bis 50 5 (VDI 4660)bis 100 6 (VDI 4660)ab hier Erfahrungswertebis 120 7 bis 130 8


AnbindeleitungenErdwärmesonden werden üblicherweise einzeln an einen zentralen Verteiler angeschlossen. Jede Erdwärmesonde sollte dabei ab dem Verteiler einzeln absperrbar sein.

Die Anbindeleitungen sind möglichst kurz zu halten, um die Druckverluste zu minimieren. Das gesamte Anbindungsnetzt incl. der Verbindungstechnik muss für den Einsatz mit Solefl üssigkeit als Wärmeträger-medium geeignet und vom Hersteller freigegeben sein.


Rechtliche Grundlagen

Für alle Energiepfahlanlagen sind die länder-spezifi schen Vorschrift en wie die VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH), österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbe-ordnung und Bauordnung (A) zu beachten.

Erdwärmenutzung mit Energiepfählen

AllgemeinGrundsätzlich stehen bei der Erstellung von Energiepfählen die statischen Anforderungen an die Gebäudegründung im Vordergrund. Das bedeutet, dass die Bauwerksstatik die Anzahl und Abmessungen, z.B. die Länge, der thermisch aktivierbaren Gründungspfähle vorgibt. Übliche Grün-dungspfähle sind ca. 10 – 30 m lang. Die Temperaturen in der obersten Erdschicht variieren mit den Jahreszeiten. Mit zunehmender Tiefe werden diese Schwankungen deutlich geringer. Ab einer Tiefe von ca. 15 m hat das Erdreich eine weitgehend konstante Temperatur.

BetriebsweiseEine Energiepfahlanlage sollte möglichst als Wechsel-speicher (saisonal wechselnder Heiz- und Kühlbetrieb) betrieben werden. Dadurch wird eine optimale spezifi -sche Entzugsleistung sowohl für die Wärme- als auch für die Kältegewinnung erreicht. Das Temperaturregime der Energiepfahlanlage kann nachhaltig stabil gestaltet wer-den. Bei langjährig nahezu ausgeglichener Wärmebilanz

Energiepfähle: Thermische Nutzung des Untergrundes

AusgangslageTemperatur des Untergrundes ca. 8 – 12°C

SommerGebäudekühlungUntergrund dient als Wärmesenke

HerbstWärmespeicherung

im Untergrundbei ca. 12 – 16°C

WinterGebäudeheizungUntergrund dient als Wärmequelle

FrühlingKältespeicherung

im Untergrundbei ca. 4 – 8°C

Regenerierung des Erdreichs durch alternierende Heizen/Kühlen Betriebsweise


ist die gegenseitige thermische Beeinfl ussung von benachbarten Energiepfählen zueinander minimiert.

Erfahrungsgemäß ist bei mittleren und großen Energie-pfahlanlagen der Grundlastbetrieb der wirtschaft -lichste. Dabei ist ein optimales Verhältnis von Leistung und Arbeit im Rahmen der Bemessung anzustreben und festzulegen.

Zur Kompensation der Spitzenheiz- und -kühllasten des Gebäudes sowie zur Warmwasserbereitung können ggf. zusätzliche (geothermische, fossile oder solare) Energie-quellen erforderlich sein (siehe dazu Beispielrechnungen auf Seite 28, unten).

StatikGrundsätzlich ist bei der Einbringung von Wärmetau-scherrohren in den Beton-Gründungspfahl die geplante Anordnung der Wärmetauscherrohre vom Tragwerks-planer zu prüfen und freizugeben. Um die Tragfähigkeit eines Energiepfahls auch im Betrieb nicht zu beein-trächtigen, muss dieser vor Frostschäden durch eine sichere untere Temperaturbegrenzug der Wärme-trägerfl üssigkeit (Sole) geschützt werden.


Untergrund Spezifi sche Entzugsleistung qE pro m Pfahltiefe für Heizleistungen bis 30 kW1800 h/a 2400 h/a

Schlechter Untergrund, trockenes Sediment

25 W/m 20 W/m

Normales Festgestein Untergrund und wasser gesättigtes Sediment

60 W/m 50 W/m

Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit

84 W/m 70 W/m

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Entzugsleistung auch die spez. jährliche Entzugsarbeit zu berücksichtigen.

Quelle VDI 4640

Spezifi sche Entzugsleistung qE pro Meter Pfahltiefe

Auslegung von Energiepfählen Die Dimensionierung von Energiepfählen ist u.a. vom Leistungsbedarf, der Betriebsweise der Wärmepumpe, der Erdreichbeschaff enheit sowie der Anzahl, Anordnung, Länge, Durchmesser und Materialbeschaff enheit der thermisch aktivierten Gründungpfähle abhängig. Hier-bei ist der thermische Widerstand vom umgebenden Erdreich bis zum Wärmeträgermedium in den Rohren rechnerisch zu berücksichtigen.

Thermischer WiderstandJe geringer der thermische Widerstand RE des Energie-pfahls, desto besser ist die Wärmeübertragung. Entschei-dende Kriterien für den thermischen Widerstand sind der Bohrpfahldurchmesser, die Wärmeleitfähigkeit des Pfahlmaterials und die Art des Energiepfahls. Der ther-mische Widerstand des Energiepfahls RE setzt sich aus den Übergangswiderständen einzelner Elemente sowie den spezifi schen Materialwiderständen zusammen.

Bodenbeschaff enheitFür die Auslegung einer Energiepfahlanlage ist die Kenntnis der thermischen Eigenschaft en des Untergrun-des von wesentlicher Bedeutung. Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit aus ungestörten Proben von Bohr-kernen einer Probebohrung ist prinzipiell möglich, jedoch eine sehr aufwendige Methode. Die Auslegung von Energiepfahlanlagen mit entsprechenden Simulati-onsprogrammen setzt jedoch die Kenntnis über die eff ektive thermische Leitfähigkeit des Untergrunds über die gesamte Bohrlochlänge voraus. Diese Information wird in der Praxis durch den Geothermal Response Test (GRT) direkt vor Ort am Standort ermittelt.

Geothermal Response TestDer Geothermal Response Test wird an einem bereits fertig erstelltem Energiepfahl durchgeführt. Dem Energie-pfahl wird dabei eine konstante thermische Leistung zugeführt oder entzogen und die Auswertung erfolgt über die Kelvin`sche Linienquellentheorie. Das Ergebnis stellt die geologischen Verhältnisse am Standort exakt über die gesamte Energiepfahllänge und unter typi-schen Betriebsbedingungen inklusive den Einfl uss eines möglichen vorhandenen Grundwasserfl usses dar.

Gewerkübergreifende FachplanungAufgrund der komplexen geologischen und hydro-geologischen Zusammenhänge der Energiepfahl-dimensionierung und der erforderlichen Abstimmung auf die Heiz- und Kühlanforderungen des Gebäudes sind Planung, Simulation und Ausführung von Energie-pfahlanlagen nur von Fachunternehmen durchzu-führen.

Kollektor-RohrlängenDie erforderliche Länge der Kollektorrohre L in den Ener-giepfählen richtet sich nach der spezifi schen Entzugs-leistung qE des Untergrunds und der Kälteleistung QO der Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Diff erenz der Heizleistung QH und der elektrischen Leistungsaufnahme Pel dar.

RE = Rc + RR + RP [W/(m²K)]

QO = QH – Pel [W]

L = QO

qE

[m]


Rc = Wärmeübergangskoeffi zient Wärmeträger medium/RohrRS = Wärmeübergangskoeffi zient RohrschleifenRP = Wärmeübergangskoeffi zient Pfahlmaterial


Spülen des Solekreises

Bevor der Primärkreislauf mit der Solefl üssigkeit gefüllt werden kann, muss er gründlich gespült werden. Mit gefi ltertem Leitungswasser wird mit Druck zuerst die Umwälzpumpe des Primärkreises und der Verdampfer von Verunreinigungen wie Schweißperlen, Steinchen und Schmutz durchspült. Bei Anlagen mit Erdwärmesonden wird anschließend jeder Kreis der Erdwärmesonde einzeln gespült. Beispielsweise muss eine 140 Meter lange Sonde mit Durchmesser 32 mm mit 2 bar Druck mindes-tens 6 Minuten lang gespült werden, wie das nach-folgende Diagramm zeigt.

im Wärmeträgermedium führen, wodurch Schlamm entsteht. Es ist deshalb darauf zu achten, dass beim Einbau kein Schmutz in die Rohre gelangt und dass alle Rohrenden unmittelbar nach dem Einbau von der zuständigen Bohrfi rma gut verschlossen werden (PE-Schweißkappe). Erdwärmesonden dürfen nie mit Luft leer geblasen werden, sie müssen jederzeit mit Flüssig-keit gefüllt sein. Außerdem ist es besonders wichtig, dass für die Anmischung der Solefl üssigkeit nur sauberes Wasser (Leitungswasser) mit dem erforderlichen Anteil Frostschutzmittel verwendet wird.

Richtige Sole/Wasser-KonzentrationDer Solekreis erfordert den Einsatz von umweltfreund-lichen Frostschutzmitteln (z.B. Antifrogen N). Die Konzentrationsvorgabe ist einzuhalten und periodisch zu prüfen. Ein zu geringer Frostschutzanteil in der Solefl üssigkeit im Primärkreislauf bietet keinen ausrei-chenden Schutz gegen Einfrieren und kann zu Frost-schäden führen. Zudem entwickelt Solefl üssigkeit in zu geringer Konzentration korrossive Eigenschaft en und kann Korrosionsschäden hervorrufen. Um diesen entge-genzuwirken, wäre der Zusatz von Additiven notwendig. Diese können jedoch aufgrund ihres Gefährdungspoten-tials die Wassergefährdungsklasse anheben und damit die Maschine als nicht genehmigungsfähig einstufen. Aus den genannten Gründen darf eine Mindestkonzen-tration von 20 % bei Monoethylen und 25 % bei Propy-lenglycol nicht unterschritten werden.

Homogene Durchmischung der Solefl üssigkeitWenn die berechnete Menge Frostschutz-Konzentrat ohne entsprechende Mischvorrichtung direkt eingefüllt würde, könnten aufgrund der Zähfl üssigkeit des Kon-zentrates beispielsweise einzelne Stränge einer Erdwärme-sondenanlage verstopft en. Das hätte zur Folge, dass diese Stränge als Quelle ausfallen und damit die berech-neten Leistungen nicht mehr realisiert werden können. Zudem wäre durch die unzureichende Vermischung die Konzentration der Sole in den übrigen Strängen nicht ausreichend, um den störungsfreien Betrieb der Wärme-pumpe zu gewährleisten.

Es ist daher unerlässlich, die Solefl üssigkeit in der erfor-derlichen Konzentration entsprechend den Hersteller-vorgaben mit der geeigneten Einrichtung zu mischen.

Alternativ können auch bereits ab Werk fertig gemischte Produkte mit der erforderlichen Konzentration einge-setzt werden.

Wichtige Hinweise zum Befüllen des Solekreises

Nach dem Spülvorgang ist der gesamte Solekreis incl. aller Zuleitungen mit der vorgemischten Solefl üssigkeit zu füllen. Damit eine Sole-Wasser-Wärmepumpenanlagen die geforderte Leistung zuverlässig erbringen können sowie für einen störungsfreien Betrieb der Anlage ist eine fachgerechte und sorgfältige Befüllung des Solekreises von elementarer Bedeutung.

Um die einwandfreie Funktion der Wärmepumpenanlage sicher zu stellen, müssen beim Befüllen des Solekreises folgende Anforderungen erfüllt werden:

Sauberes Gemisch Richtige Konzentration Homogene Mischung

Schmutzfreier PrimärkreislaufVerunreinigungen wie Sand, Kiesel usw. können, insbe-sondere in Erdsonden und Energiepfählen, große Schäden verursachen bzw. zu deren Ausfall führen. Verunreini-gungen können zudem zu Zersetzungserscheinungen

0123456789

10

Spül

daue

r [M

inut

en]

Sondenlänge [Meter]80 100 120 140 160 180

2 bar3 bar

Minimale Spüldauer für 32 mm Sonden

Spülen und Befüllen des Solekreises



Befüllen mit Solefl üssigkeit(Beispiel: Erdwärmesonden)

Bei Erdwäremsondenanlagen muss jede Sonde der Anlage separat gefüllt werden. Die zum Befüllen erforderlichen Volumina können anhand der nebenstehenden Tabelle dimensionsabhängig errechnet werden. Vor dem Füll-vorgang ist unbedingt der Vordruck des Expansions-gefässes zu kontrollieren (0,5 bis 1,0 bar).

Erforderliche Ausrüstung für die Befüllung Misch-/Füllfass Jetpumpe Überdruckventil

P

Erdreich

SV

EGPI

P

Überdruckventil2,5 bar Entleerschlauch

Füllschlauch

Mischfass120 Liter

max. 5 m³/hmax. 5 bar

Filter

Prinzipschema einer Befüllstation des Primärkreislaufes mit Etylen- bzw. Glykolgemisch

Rohrdurchmesser(Außen x Wandstärke)

Inhalt je Laufmeter Rohr

Erdwärmesonde (2 Kreisläufe/4 Rohre)32 mm (32 x 2,9 mm) 2,16 Liter (4 x 0,539 Liter)40 mm (40 x 3,7 mm) 3,36 Liter (4 x 0,838 Liter) Erdkollektor25 mm (25 x 2,3mm) 0,327 Liter/m32 mm (32 x 2,9mm) 0,539 Liter/m40 mm (40 x 3,7mm) 0,838 Liter/m

Hinweis

Diese Anleitung gilt sinnge-mäß auch für Anlagen mit Energiepfählen und Erdkol-lektoren.



Beispiel: Fachgerechte Befüllung einer Doppel-U-Erdwärmesonde

140 m lange Doppel-U-Erdwärmesonden mit einem Durch-messer von 32 mm. Erforderliche Konzentration = 25 %. Die erforderliche Durchmischung mit 100%-igem Frostschutzkonzentrat ist, wie nachfolgend aufgeführt, vorzunehmen.

1 Berechnung des Volumens eines Erdwärmesonden-kreises; eine Doppel-U-Erdwärmesonde besteht aus zwei Kreisen! Ein Erdwärmesondenkreislauf mit je einem Vor- und einem Rücklauf hat ein Volumen von 302,4 Liter (140 m x 2,16 Liter/m).

2 Anteil des notwendigen Frostschutzkonzentrates: 75,6 Liter (25 % von 302,4 Liter).

3 Damit sich das Konzentrat im Fass mischen kann, müssen zusätzliche 40 Liter Gemisch ins Fass gegeben werden (10 Liter Konzentrat und 30 Liter Wasser). Als Hilfe sind am Fass gut lesbare Volumen-markierungen anzubringen.

4 Das bereitgestellte Frostschutzkonzentrat gemäß 2 ist ins Mischfass zu geben.

5 Die Schieber zum Verdampfer schließen.6 Den Schieber eines Stranges (nicht beide Stränge der

Erdwärmesonde) öff nen.7 Den Entleerschlauch aus dem Fass nehmen und in

einen Abfl uss legen.8 Die Füllpumpe (Jetpumpe mit genügender Leistung)

einschalten und laufen lassen, bis nur noch 40 Liter im Fass sind. Dann Füllpumpe sofort abschalten. Aus dem Entleerschlauch fl ießt während dieses Vorgan-ges das überfl üssige Leitungswasser in den Abfl uss.

9 Den Entleerschlauch ins Fass stecken und die Füllpumpe erneut einschalten und so lange laufen

lassen, bis sich das Frostschutzkonzentrat und das Wasser gut vermischt haben. Die benötigte Zeit beträgt ca. das 6-fache der Spülzeit.

10 Füllhähne beim Entleerschlauch und anschließend beim Erdwärmesondenverteiler schließen. Über das Überdruckventil (2,5 bar) fl ießt das überfl üssige Gemisch zurück ins Fass. Die Füllpumpe abschalten. Im Fass befi nden sich noch ca. 40 Liter Gemisch. Ein Teil wurde durch die Expansion der Erdwärme-sonden aufgenommen.

11 Bei relativ langen Erdwärmesonden und bei schlechter Mischung spricht das Überdruckventil beim Fass an und intensiviert damit das Mischen.

12 Die Mischung für jeden weiteren Kreis einer Erdwärmesonde ist analog 2 vorzubereiten. Die Mischung ist gemäß 3 auf 40 Liter zu ergänzen, und anschließend ist das Frostschutzkonzentrat für die Menge im Strang hinzuzufügen (siehe 4 )

13 Wenn alle Erdwärmesonden gefüllt sind, müssen noch die Verbindungsleitungen zur Wärmepumpe und der Verdampfer der Wärmepumpe gefüllt werden. Zu diesem Zweck sind alle Schieber zu den Erdwärmesonden zu schließen und die Schieber zum Verdampfer zu öff nen. Sorgfältig wird nun der Rest des Gemisches über den Schieber am Füllschlauch hineingepumpt. Das Wasser im Verdampfer entweicht über den Entleerschlauch. Sobald am Entleerschlauch Frostschutzgemisch austritt (Änderung der Flüssigkeitsfarbe), ist der Hahn zu schließen. Über den Pumpendruck wird das Expansionsgefäß bis auf 2,5 bar gefüllt. Zuletzt ist der Hahn am Füllschlauch zu schließen. Es ist nun sichergestellt, dass die Erdwärmesonde schmutz-frei, mit richtiger Konzentration und auf korrekten Betriebsdruck gefüllt ist.



Die passende Wärmepumpe für die Geothermie-nutzung ist u. a. nach den erforderlichen Heiz- bzw. Kühlleistungen sowie dem jeweiligen Anlagenkonzept

Heizbetrieb

Die Geothermie dient als Wärmequelle. Die Medientem-peratur wird von der Wärmepumpe auf ein für das Gebäude nutzbares Temperaturniveau angehoben und mit der gewünschten Vorlauft emperatur am Heiznetz zur Verfügung gestellt.

Mechanischer Kühlbetrieb

Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn das Temperaturniveau in der Geothermie für die Naturalküh-lung nicht mehr ausreicht, schaltet das System auf mechanische Kühlung um (Kältemaschinenbetrieb), und dem Gebäude wird Kälte mit der gewünschten Vorlauf-temperatur angeboten. Gleichzeitiges Heizen ist möglich.

Naturalkühlbetrieb

Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn nur Küh-lung angefordert wird, prüft die Regelung, ob das Temperaturniveau in der Geothermie für die Naturalküh-lung ausreicht. Ist dies der Fall, wird die geothermisch gewonnene Kälte, ohne Betrieb des Verdichters, direkt am Kühlnetz bereitgestellt.Gleichzeitiges Heizen ist in die-ser Betriebsart nicht möglich. Weil in dieser Betriebsart nur die Antriebsenergie der Umwälzpumpen anfällt, sind die Betriebskosten der Anlage sehr niedrig.

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Dualbetrieb

Bei gleichzeitiger Kühl- und Heizanforderung wird geprüft , ob im Gebäude netto ein Wärmebedarf oder ein Wärmeüberangebot vorliegt. In Abhängigkeit der Energiebilanz wird die Geothermie dann als zusätzliche Wärmequelle oder Wärmesenke genutzt.

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

auszuwählen. Folgende Betriebsarten sind mit der GEOZENT Eco möglich:

Betriebsarten



Vorteile der passiven Kühlung:

Erhöhter Bürokomfort durch ganzjährig angenehme Raumtemperaturen

Verbesserung der Jahresarbeitszahl der Wärme-pumpe durch Regeneration des Erdreiches

Nur minimale zusätzliche Investitionskosten Sehr geringe Betriebskosten Ressourcenschonend und umweltfreundlich

Naturalkühlbetrieb (Passive Kühlung; Free Cooling)

Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an den bauli-chen Wärmeschutz verändert sich das Verhältnis von Heiz- zu Kühlbedarf. Wo in früheren Jahren das Heizen im Vordergrund stand, wird nun das Kühlen mehr fokus-siert, um Übertemperaturen in Räumen in den warmen Perioden des Jahres entgegenzuwirken. Bauliche Maß-nahmen wie Außenverschattungen sind i.d.R. nicht ausreichend, um zu verhindern, dass die maximale ope-rative Raumtemperatur (Wohlfühltemperatur) von 26 °C nicht überschritten wird.

Geothermische passive Kühlsysteme bieten hier eine effi ziente und kostengünstige Möglichkeit zur Reduzie-rung der Übertemperaturen. Bei der geothermischen passiven Kühlung wird überschüssige Wärme aus dem Gebäude über Rohrleitungssysteme und Erdwärme-tauscher (Erdsonden) an das kühle Erdreich abgegeben. Beste Ergebnisse erzielt die geothermische passive Kühlung in Kombination mit Flächenheiz-/-kühlsystemen (z.B. Kühlsegeln oder Betonkernaktivierung).

Im Gegensatz zur aktiven Kühlung über Lüft ungssysteme, bei der die dazu erforderliche Vorlauft emperatur von ca. 6 – 9 °C über einen Kälteprozess erzeugt werden muss, können Flächensysteme die im Erdreich herr-schenden Temperaturen von ca. 10 – 16 °C direkt und ohne Einsatz von Kältekompressoren zur Raumkühlung nutzen. Das senkt die Betriebskosten erheblich, da im Kühlfall nur die Antriebsenergie für die Heizungs-umwälzpumpe(n) und die primärseitige Soleumwälz-pumpe aufgebracht werden muss.

Beispielrechnung: mögliche jährliche Kosten im Vergl. zw. passiver und aktiver Kühlung bei 800 h Laufzeit und 0,20 €/kWh (elektr.)

Aktive Kühlung Passive KühlungSoleumwälzpumpen el. Leistung 3 kW 3 kW

Jährlicher Energiebedarf 2.400 kWh 2.400 kWhJährliche Energiekosten 480 € 480 €

Heizungsumwälzpum-pen

el. Leistung 2 kW 2 kW

Jährlicher Energiebedarf 1.600 kWh 1.600 kWhJährliche Energiekosten 320 € 320 €

Kompressor el. Leistung 43 kW –Jährlicher Energiebedarf 34.400 kWh –Jährliche Energiekosten 6.880 € –

Gesamtenergiekosten 7.680 € 800 €Jährliche Ersparnis 6.880 €



Dualbetrieb

Der Dualbetrieb ist ein innovativer Vorteil unserer Wärme-pumpen. Es wird die Möglichkeit geboten, bei Anfor-derung von Heizen und Kühlen dies gleichzeitig abzu-decken. Grundvoraussetzung für eine solche Funktion ist die korrekte hydraulische Anbindung der Kühl- und Heizverbraucher, damit diese nicht wechselnd sondern gleichzeitig angesteuert werden können (z.B.: zwei sepa-rate Speicher, Heiz- und Kühlspeicher). Im Dualbetrieb wird der jeweils andere Speicher als Wärme quelle (Kühl-speicher) bzw. -senke (Heizpeicher) für den Kältepro-zess verwendet. Die eigentliche Quelle (Geothermie, …) wird nur unterstützend dazugenommen, um den ent-sprechenden Ausgleich zu ermöglichen (Wärmeüberschuss wird ins Erdreich abgeleitet oder Kälteüberschuss wird vom Erdreich beigeführt).

Die Vorteile dieser Funktionsweise für Anwender und Umwelt sehen wie folgt aus:

Die Quelle (Geothermiefeld) kann geschont werden Die Übergangszeit (Frühjahr, Herbst) kann mit

höchster Effi zienz gestaltet werden, obwohl beispielsweise das Geothermiefeld für einen optimalen COP ungünstige Temperaturen aufweist

Gleichzeitige Abdeckung von Heiz- und Kühlanfor-derung ohne Takten der Wärmepumpe

Höhere Temperaturgenauigkeit durch konstanten Betrieb, ohne Stillstands- und Ruhezeiten (wie beim Wechsel vom Kühl- in den Heizmodus üblich)

Im Dualbetrieb werden sehr hohe COP-Werte erreicht. Dies liegt daran, dass der Wärmeabgebende Heizanteil und der Wärmeliefernde Kühlanteil auf der Nutzenseite erscheinen.

COP integrated = = QNutzen

QAufwand

(QHeizen + QKühlen)QAufwand

Es können COP-Werte von bis zu 10 erreicht werden. Dies ist abhängig von den zu liefernden Bedingungen auf der Kühl- und Heizseite.

Der Dualbetrieb kann vor allem bei den ganzjähig vor-handenen Kühl- und Heizlasten, wie sie durch eine Lüft ungsanlage mit Luft trocknung anstehen, eingesetzt werden. In den kühleren Monaten des Jahres kommt der Dualbetrieb häufi g zum Einsatz bei Vorhandensein von Serverräumen. Diese müssen auch im Winter mit Kühlung versorgt werden, während parallel die Büro-räumlichkeiten bereits Heizleistung benötigen.



Norm-Heizlast aus dem Brennstoff verbrauch

Zur Berechnung der Norm-Heizlast aus dem Brennstoff -verbrauch müssen der spezifi sche Brennwert Ho des Heizmediums, der Jahresnutzungsgrad η und die Voll-laststunden tvoll bekannt sein. Die Energiemenge

Eine fachgerecht geplante Heizungsanlage bietet höchste Energieeffi zient, was sich nachhaltig positiv auf die Betriebskosten auswirkt. Eine wichtige Vorausset-zung zur richtige Dimensionierung der Heizungsanlage und für deren energieoptimierten Betrieb ist die präzise Bestimmung der Heizlast. Das nebenstehende Schema verdeutlicht die Vorgehensweise von der Ermittlung der Heizlast bis zur effi zienten Wärmequellen-Auswahl.

einer Heizperiode lässt sich von der Heizungsanlage in einer bestimmte Anzahl Stunden erzeugen. Dieses Maß wird Volllaststunden genannt. Durch das Absinken der Norm-Außentemperatur um jeweils 0,5 K bei 100 Höhen-metern steigt die Anzahl der Volllaststunden mit der Höhenlage des Gebäudes.

Ermittlung der Heizleistung

Sanierung Neubauten

EN 12831:2003

Allgemeine Zuschläge

Kontrolle der spezifischen Heizleistung

Wärmepumpenwahl und Speicherdimensionierung

Ermittlung der Heiz-leistung aus dem

Brennstoffverbrauch oder Messung der

bestehenden Anlage

Typische Volllaststunden von Gebäudetypen

Bedarf Gebäudetyp Standort(Höhe)

Volllaststunden(tvoll)

Raumwärme mit Wochenendabsenkung

Schulhaus, Industrie, Gewerbe, Büro

Meereshöhe 1.800 h/aab 800 m ü.M. 2.100 h/a

Raumwärme Gebäude Meereshöhe 2.000 h/aab 800 m ü.M. 2.300 h/a

Raumwärme/TWW Gebäude Meereshöhe 2.300 h/aab 800 m ü.M. 2.500 h/a

Alle Angaben basieren auf 20 °C Raumluft temperatur.

Formel zur Berechnung der Norm-Heizlast

ΦHL =Verbrauch x Ho x η

tvoll

Ermittlung der Norm-Heizlast bei Sanierungen

Auslegung der Wärmepumpe

Zent-Frenger GEOZENT Eco > Planungsdokumentation > Auslegung der Wärmepumpe


Beispielberechnung Ölheizung

Brennwert Ho für ÖlHeizöl EL: 10,57 kWh/lHeizöl S: 11,27 kWh/l

Jahresnutzungsgrad ηNeue Kessel: 85 bis 95 %(kondensierend)Alte Kessel: 80 bis 85 %(nicht kondensierend)

Berechnungsbeispiel(Heizwärme- und Warmwassererzeugung)Volllaststunden tvoll: 2.300 h/aÖlverbrauch EL: 20.000 l/aBrennwert Ho: 10,57 kWh/lJahresnutzungsgrad η: 90 %

Beispielberechnung Gasheizung

Brennwert Ho für GasHeizgas: 11,3 kWh/nm3Propan: 28,1 kWh/nm3

Jahresnutzungsgrad ηNeue Kessel: 85 bis 95 %(kondensierend)Alte Kessel: 80 bis 85 %(nicht kondensierend)

Berechnungsbeispiel(Heizwärme- und Warmwassererzeugung)Volllaststunden tvoll: 2.300 h/aHeizgas: 20.000 nm3/aBrennwert Ho: 11,3 kWh/nm3Jahresnutzungsgrad η: 95 %

ΦHL =20.000 x 10,57 x 0,9

= 82,7 kW2300

ΦHL =20.000 x 11,3 x 0,95

= 93,3 kW2300

Anlage auf Meereshöhe

Q• WP = Erforderlicher Heizleistungsbedarf bei Auslegungstemperatur der Wärmepumpe [kW]* Ölverbrauch in Liter (1kg Öl entspricht ca. 1,19 l und 1 Norm-m3 Gas entspricht ca. 0,93 l Öl)

Bestimmung der Norm-Heizlast mittels einer Aus-lastungsmessung (Sanierung)

Auslastungsmessungen an der alten, betriebstüchtigen Anlage ergeben diff erenziertere Angaben für die Dimen-sionierung von Heizkesseln (Energiekennlinie). Das gilt speziell in Fällen, bei denen die Ermittlung der Norm-Heizlast aus dem jährlichen Brennstoff verbrauch nicht geeignet ist. Für eine genauere Aussage muss die Brennerauslastung α während mindestens zweier Wochen in Abhängigkeit der Außenluft temperatur aufgenommen werden. Dabei soll die Außenluft tempe-ratur in einem möglichst weiten Bereich schwanken (z.B. zwischen -5 und +10 °C). Diese Methode kommt vor allem bei größeren Gebäuden mit Heizleistungen > 100 kW, wie z.B. Schulen, Spitälern, Industriebauten oder Verwaltungsgebäuden zur Anwendung.

Faustformeln zur Berechnung der Heizleistung anhand bestehender Verbrauchsdaten

Q•

WP [kW] =Ø – Verbrauch pro Jahr *

265

Q•


300

Ohne Warmwasserbereitung

Mit Warmwasserbereitung

Anlage ab 800 m über Meer

Q•


300

Q•


330

Ohne Warmwasserbereitung

Mit Warmwasserbereitung



Berechnung der Norm-Heizlast bei Neubauten

Norm-Heizlast nach EN12831:2003, Heizungsan-lagen in Gebäuden

Das Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast (Wärmebedarf) nach EN12831:2003 kommt bei Neu-bauten oder bei umfassenden wärmetechnischen Gebäudesanierungen zum Einsatz. Dabei wird der Heiz-leistungsbedarf jedes beheizten Raumes einzeln ermittelt. Eine solche Berechnung ist für die Dimensio-nierung des Wärmenutzungssystems (Fußbodenheizung, Heizkörper, thermoaktive Bauteilsysteme, Luft heizung) notwendig. Aus der Heizlast der einzelnen Räume wird die Norm-Heizlast des gesamten Gebäudes bestimmt.

Vorgehen bei der Berechnung

Bestimmung der Werte für die Norm-Außentempera-tur und des Jahresmittels der Außentemperatur.

Festlegung der Werte für die Norm-Innentemperatur jedes beheizten Raumes.

Berechnung des Koeffi zienten für die Norm-Transmis-sionsverluste. Er wird mit der Norm-Temperaturdiff e-

renz multipliziert, um die Norm-Transmissions verluste zu erhalten.

Summieren der Norm-Transmissionsverluste aller beheizten Räume, ohne den Wärmeverlust zwischen den beheizten Räumen zu berücksichtigen. So ergeben sich die Auslegungs-Transmissionsverluste für das gesamte Gebäude.

Berechnung des Koeffi zienten für die Norm-Lüft ungs-wärmeverluste. Er wird mit der Norm-Temperatur-diff erenz multipliziert, um die Norm-Lüft ungswärme-verluste zu erhalten.

Summieren der Norm-Lüft ungswärmeverluste aller beheizten Räume, ohne den Wärmefl uss zwischen den beheizten Räumen zu berücksichtigen. So ergeben sich die Auslegungs-Lüft ungswärmeverluste für das gesamte Gebäude.

Addieren der Auslegungs-Transmissionsverluste und der Auslegungs-Lüft ungswärmeverluste.

Berechnen der Norm-Heizlast des Gebäudes unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors für die zusätzliche Aufheizleistung, um die gesamte Aufheizleistung des Gebäudes zu erhalten.


Energiekennlinie aus Auslastungsmessung. Das Beispiel stellt die gemessene Auslastung einer gut dimensionierten Anlage dar. Sie hat auch bei sehr tiefen Außenluft temperaturen noch eine Leistungsreserve von 15 % für das Wiederaufheizen nach einer längeren Absenkperiode. Diese Leistung ist genügend, da bei extremen Kälteeinbrüchen allenfalls auf die Absenk-phase verzichtet werden kann.

0

0,5

0,85

1,0

Aus

last

ung

Außenlufttemperatur [°C]

Leis

tung

s-re

serv

e

-10 -8 0 10 20

max.

Extrapolation


Ermittlung des Heizwärmebedarfs, Thermische Energie im Hochbau

Der Heizwärmebedarf [MJ/m²] ist die Wärme, die dem beheizten Raum während eines Jahres (oder der Berechnungsperiode 1 Monat) zugeführt werden muss, um den Sollwert der Innentemperatur einzuhalten. Der Wert bezieht sich auf die Energiebezugsfl äche [m²]. Es gibt verschiedene Berechnungsprogramme zur Ermitt-lung des Heizwärmebedarfs. Einige Programme geben zusätzlich eine Abschätzung der Norm-Heizlast an.

Für die Berechnung des Heizwärmebedarfs sind folgende Daten notwendig:

Information über die Nutzung Klimadaten für den betreff enden Standort Detaillierte Energiebezugsfl ächen Daten für die fl ächigen Bauteile (Flächen, U-Werte,

Innentemperatur benachbarter Räume, Temperatur-zuschlag für Bauteilheizung und Heizkörper vor Fenster und Türen, Reduktionsfaktoren gegen unbeheizte Räume und Erdreich)

Daten über die Wärmebrücken Daten zu den Fenstern (g-Wert, Verschattungs-

faktoren, etc.) Daten zur Wärmespeicherfähigkeit und zur Art der

Innentemperaturregelung

Allgemeine Zuschläge zum WärmeleistungsbedarfUnter den allgemeinen Zuschlägen zur Norm-Heizlast Φh [kW] wird folgendes verstanden:

Reserve für Wiederaufheizung nach einer Raumluft -temperaturabsenkung

Deckung der Wärmeverteilungsverluste Wärmeleistung für lüft ungstechnische Anlagen oder

für Prozesswärme

Hinweis

In Wohngebäuden ist ein Zuschlag zur berech-neten Heizleistung von 10 % bis 15 % für das Aufheizen und Decken der Wärmeverteilungs-verluste zu berücksichtigen.

Besonderheiten bei Wohnungsgebäuden

Im Gegensatz zu Gewerbe- und Industriebauten fällt in Siedlungsgebieten und Mehrfamilienhäusern ein nicht zu vernachlässigender Anteil an Trinkwarmwasserbereitung mit an. Der Leistungsanteil beim Trinkwasser kann pro Person mit ca. 0,3 kW angesetzt werden. Aufgrund gestiegenem Komfortverhalten (z.B. Rainshower, …) ist der Verbrauch im Trinkwasserbereich gestiegen. Zudem nimmt auch der Bedarf an Kühlung zu, da die höheren Energieeffi zienzklassen nur noch mit einer Lüft ungs-anlage zu ermöglichen sind. Die klassische Lösung im Wohnungsbausektor sind getrennte Speicher für Hei-zen, Kühlen und Trinkwarmwasser. Dies bedeutet für die Wärmepumpe im ungünstigsten Fall das abwechselnde Bedienen von drei Verbrauchern. Die Wärmepumpe muss die Umschaltzeiten, das Wiederaufheizen und Wärme-verteilverluste von ihrer Auslegung her leistungstechnisch mit abdecken. Als Option bieten sich hier eine Speicher-in-Speicher Lösung oder innenliegende Wärmeübertrager für das Trinkwasser an. Dadurch wird das Umschalten zwischen Heizen und Warmwasser vermieden und kann gleichzeitig abgedeckt werden. Es sollte ein dezentraler E-Heizstab in der Trinkwasserversorgung der jeweiligen Wohneinheit zur wöchentlichen Legionellen abtötung und Komfortsteigerung mit vorgesehen werden. Über den Dual-betrieb ließe sich der anfallende Kühl bedarf gleichzeitig abdecken.



Kontrolle der Resultate

Zur Kontrolle der Resultate dient die spezifi sche Heiz-leistung. Sie errechnet sich aus der Norm-Heizlast dividiert durch die Energiebezugsfl äche (beheizte Brutto-geschossfl äche). Die Werte sollen annähernd den Tabellenwerten entsprechen.

Wichtig!

Die Angaben zur Heizlast-berechnung erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und sind kein Ersatz für eine professionell ausgeführte Heizlastberechnung eines Planungsbüros oder Energie-beraters.

Hinweis

Die spezifi sche Heizleistung ist nur ein grobes Kontrollinstrument. Die Dimensionierung erfolgt prinzipiell nach den vorgängig beschrie-benen Methoden.

Hinweise zur Energieeinsparung

Die konsequente Dämmung der Wärmeverteil-leitungen ergibt eine zusätzliche Leistungs-reserve.

Die eingestellten Regelparameter sind in der Betriebsdokumentation einzutragen. Mit einem Wärmezähler lässt sich die benötigte Wärme-leistung einfach kontrollieren.

Gebäude Kontrollwert[W/m²]

Bestehende, ungenügend wärmegedämmte Gebäude

50 bis 70

Bestehende, gut wärmegedämmte Gebäude 40 bis 50Neubauten gemäß heutigen Vorschrift en 30 bis 40Niedrigenergiehäuser 25 bis 30Passivhäuser 8 bis 13



Dimensionierung der Wärmepumpe

Empfohlene Zielwerte der JAZ für Heizwärme und TWW-Erzeugung bei Neubauten

Zielwert JAZLuft /Wasser-Wärmepumpe (Wärmequelle Außenluft )

3

Sole/Wasser-Wärmepumpe (Wärmequelle Erdreich)

4

Wasser/Wasser-Wärmepumpe (Wärmequelle Grundwasser)

4,5

Der Einsatzbereich und die Effi zienz einer Wärme-pumpe wird insbesondere durch die Wärmequellen- und Wärmenutzungstemperaturen beeinfl usst.

Grundsätzlich gilt, je kleiner die Diff erenz zwischen Wärmenutzungs- und Wärmequellentemperatur ist, desto effi zienter kann die Anlage betrieben werden. Der Pla-ner oder Heizungsinstallateur hat den vorherrschenden Randbedingungen bei der Dimensionierung Beachtung zu schenken, damit die Einsatzgrenze der Wärmepumpe in keinem Fall überschritten wird.

Zuschläge zum Heizleistungsbedarf

Bei der Dimensionierung von Wärmepumpen sind neben den allgemeinen Zuschlägen zur Norm-Heizlast ΦHL bei der Auslegung die Sperrzeiten der Wärmepumpe zu beachten (Kapitel: Ermittlung der Norm- Heizlast). Die Sperrzeiten der Elektrizitätswerke müssen durch Zuschläge auf die Heizleistung der Wärmepumpe kompensiert werden.

Auswahl der Wärmepumpe

Neben den technischen Voraussetzungen für den Einbau einer Wärmepumpe sind der elektrische Anschluss, der Platzbedarf und die Möglichkeit der Nutzung einer oder mehrerer Wärmequellen abzuklären. Auch der Funkti-onsumfang der Wärmepumpe muss vorab geklärt werden.

Wichtig!

Eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde bzw. Energie-pfählen ist nicht zur Bauaustrocknung geeignet.

Richtwerte zur Planung

Wärmepumpen sind so zu planen, dass sie eine möglichst hohe Jahresarbeitszahl (JAZ) erreichen. Die JAZ ist das Verhältnis der über das Jahr abgegebenen Heizenergie zur aufgenommenen elektrischen Energie.



Auswahl der Wärmequelle

Außer bei der Außenluft bedarf die Nutzung sämtlicher natürlicher Wärmequellen einer Bewilligung durch das zuständige Amt. In der Regel handelt es sich um das Amt für Energie- und Wasserwirtschaft . Die Wahl der Wärme-quelle hängt von der nötigen Norm-Heizlast und den ört-lichen Gegebenheiten ab:

Erdregister als Quelle benötigen große Flächen (30 bis 60 m² pro kWth Heizleistung). Wichtig ist eine ausreichende Bodenfeuchte und die gute thermische Anbindung des Kollektors. Eine Versiegelung der Fläche sollte deswegen vermieden werden. Ohne Überbauung/Versiegelung ist auch ein Betrieb im Frostbereich möglich. Saisonale Abhängigkeit.

Erdwärmesonde als Quelle benötigt mehrere verti kale Sonden, die in eine Tiefe von rund 150 m gebohrt werden (rund 50 W pro Meter Sonde und jährlich maximal 100 kWh/m).

Abwärme aus Industrieprozessen als Quelle muss zeitlich geplant werden, um die Zeitpläne der anfallenden Abwärme mit dem Bedarf der Abwärme

in anderen Bereichen sauber abzudecken bzw. ausreichend ausgelegte Puff erspeicher zur zeitlichen Überbrückung einzuplanen.

Grundwasser als Quelle benötigt ausreichende Wassermengen (150 bis 200 ltr/h pro kWth Heizleistung). Brunnenabstände und Fließrichtung Grundwasser beachten.

Oberfl ächenwasser als Quelle benötigt ausreichende Wassermengen (300 ltr/h bis 400 ltr/h pro kWth Heizleistung).

Abwasser als Quelle benötigt ausreichende Wasser-mengen (rund 100 ltr/h bis 150 ltr/h pro kWth Heizleistung).

Thermoaktive Bodenplatte: Keine Regeneration durch Niederschläge, reiner Speicherbetrieb möglich. Temperaturen unter dem Gefrierpunkt sind aus statischer Sicht nicht zulässig.

Energiepfähle: Meist bis in eine Tiefe von bis zu 30 m, Aufgrund der Abschirmung durch das Gebäude ist die Regeneration durch Niederschläge wie bei thermoaktiven Bodenplatten sehr gering bis nicht vorhanden. Temperaturen unter dem Gefrierpunkt sind aus statischer Sicht nicht zulässig.

Rechenbeispiel 1: Nicht konstante Erdreichbedingungen

Rechenbeispiel 2: Stabile Erdreichbedingungen für gesicherten Langzeitbetrieb

Gebäudebedarf: 320.000 kWh Heizleistung, 170.000 kWh Kühlleistung. Beispielmaschine GEOZENT Eco 320, Heizen bei 35°C Vorlauf temperatur, Kühlen bei 6°C Vorlauft emperatur. COP (Heizen) B4/W35: 4,95EER (Kühlen) B30/W6: 5,05

Gebäudebedarf: 200.000 kWh Heizleistung, 130.000 kWh Kühl-leistung. Beispielmaschine GEOZENT Eco 210, Heizen bei 35°C Vorlauf temperatur, Kühlen bei 6°C Vorlauft emperatur. COP (Heizen) B4/W35: 4,70EER (Kühlen) B30/W6: 4,78

Entzugsleistung320.000 kWh / 4,95 = 64.646 kWh ➔ 320.000 kWh - 64.646 kWh = 255.354 kWh255.354 kWh Entzugsleistung im Heizbetrieb

170.000 kWh / 5,05 = 33.663 kWh ➔ 170.000 kWh + 33.663 kWh = 203.663 kWh203.663 kWh Einbringleistung im Kühlbetrieb

255.354 kWh - 203.663 kWh = 51.691 kWh

Jährliche Energiediff erenz von 51.691 kWh.

Entzugsleistung200.000 kWh / 4,7 = 42.553 kWh ➔ 200.000 kWh - 42.553 kWh = 157.447 kWh157.447 kWh Entzugsleistung im Heizbetrieb

130.000 kWh / 4,78 = 27.196 kWh ➔ 130.000 kWh + 27.196 kWh = 157.196 kWh157.196 kWh Einbringleistung im Kühlbetrieb

157.447 kWh - 157.196 kWh = 251 kWh

Jährliche Energiediff erenz von 251 kWh.

Bezüglich der Regeneration der geothermischen Quelle sollte nachgerechnet werden, ob die jähr-liche Energiediff erenz ausge-glichen werden kann. Wenn keine Regeneration vorhanden ist, wird es über die Jahre zu einer in diesem Fall Temperaturerhöhung im Erdreich kommen und damit das Kühlpotential abfallen.

Energiebilanz im Erdreich ausge-glichen. Ideal zur Nutzung des Erdreiches als Speicher. Weitere benötigte Kühl- oder Heizleis-tungen könnten durch Rückkühler oder Solarthermie bereitgestellt werden.



Hinweis

Eine um 5 °C tiefere Vorlauft emperatur bringt eine Verbesserung der JAZ in der Größen ordnung von 10 %.

Auswahl des Wärmenutzungssystems (Heiz- und Kühlsysteme)

Die Wärmepumpe kann grundsätzlich bei jedem Wärme-nutzungssystem eingesetzt werden. Niedertemperatur-heizungen wie Fußbodenheizungen, Betonkernaktivierung oder Heiz- und Kühldecken eignen sich besonders gut für den Einsatz von Wärmepumpen. Je nach Systemtem-peratur und Wärmequelle kann ein monovalenter Betrieb (Wärmepumpe als einziger Heizungserzeuger) der Wärmepumpe in Frage kommen. Bei Anlagen mit höherer Systemtemperatur kann eine Zusatzheizung (z.B. bestehender Heizkessel) in bivalentem Betrieb sinnvoll sein. Da die Jahresarbeitszahl (JAZ) mit sinkender Vorlauf-temperatur spürbar steigt, ist das Wärmenutzungs-system grundsätzlich auf eine niedrige Vorlauft emperatur

Als erste Anlaufstelle sollte bei geothermischen Projekten stets die untere Wasserbehörde sein. Diese sind in den Landratsämtern der Kreise angegliedert. Sie sind für die meisten Belange der Genehmigung und Prüfung verantwortlich. Hier werden Sie auch zu allen für Ihr Pro-jekt wichtigen weiteren amtlichen Stellen geleitet. In einzelnen Fällen kann auch ein Kontakt zu den geolo-gischen Landesämtern notwendig werden, welcher aber auch von erstgenannter Institution vermittelt werden kann. Bei diesen können Bohrprofi le der entsprechen-den Region angefordert werden.

Grundlegend sind erste Voranfragen per Telefon und Mail bezüglich einiger grundsätzlicher Probleme im Bebauungsgebiet wie zum Beispiel Altlasten oder zu verwendende Wärmetauscher kostenlos. Der Bohr-antrag, welcher zu stellen ist, ist anschließend leistungs-abhängig mit Kosten verbunden und muss vom Bohr-unternehmen fristgerecht eingereicht werden. Vor allem die wasserrechtliche Erlaubnis mit genauen Details für die Geothermie aber auch mit Vorschrift en für die Wärme-pumpe (Monitoring, Volumenmessung, einzuhaltende Temperaturen,...) wird von oben beschriebenen Ämtern ausgestellt und muss vom Bauherrn angefordert werden.

Zent Frenger steht Ihnen gern beratend zur Seite bei der Erlangung und Beurteilung der wasserrechtlichen Genehmigung.

auszulegen. In Neubauten sollte die Vorlauft emperatur im Auslegungspunkt möglichst nicht über 35 °C liegen. Bei einem Heizungsersatz durch eine Wärmepumpe sollte die tatsächlich auft retende Vorlauft emperatur des bestehenden Wärmenutzungssystems im Auslegungs-punkt nicht über 50 °C liegen. Höhere Vorlauft empera-turen können z.B. durch begleitende Wärmedämm-maßnahmen oder Vergrößerung der Wärmeabgabefl ächen reduziert werden.

Hilfestellung für amtliche Anfragen und Anlauf-stellen für behördliche Genehmigungen

Für die Auslegung der Wärmepumpe und der dazu gehö-rigen Quellen ist es notwendig, auch die Machbarkeit des Projektes zu prüfen. Diese wird neben der technischen Machbarkeit auch durch behördliches Reglement beein-fl usst. Vor allem bei geothermischen Energiequellen ist eine behördliche Kontrolle gefordert. Diese Kontrolle kann von Region zu Region verschieden vielseitig aus-fallen. Ausschlaggebende Faktoren sind unter anderen die Leistungsintensität der Anlage, das Vorhandensein von Wasserschutzgebieten oder geologische Besonder-heiten am Projektstandort.

Die behördlichen Forderungen sollten frühzeitig in die Planung einfl ießen. Zum Beispiel kann eine behördliche Forderung sein, dass bei der ersten Bohrung bzw. bei jeder Bohrung für ein Sondenfeld ein unabhängiger Sach-verständiger anwesend sein muss.

Die für Ihr Vorhaben zuständige Behörden mit den aktu-ellen Kontaktdaten fi nden Sie z.B. auf der folgenden Internetseite:

www.Kreisnavigator.de


Hilfestellung für behördliche Genehmigungen


Transport zur und auf der Baustelle

GEOZENT Eco Großwärmepumpen müssen beim Trans-port und in der Bauphase vor Feuchtigkeit und gegen Beschädigungen geschützt werden. Für das Anheben und Transportieren sind die im Grundrahmen dafür vorgesehenen Gabelstablereinschübe und Kranösen zu verwenden. Bei manuellem Transport sind Schwerlast-rollen zu benutzen. Auf der Baustelle müssen Vorrich-tungen und Geräte zum Entladen und Transport zum Technikraum verfügbar sein.

Aufstellung im Technikraum

Allgemeine AnforderungenDer Aufstellraum muss trocken und frostsicher sein. Räume mit hoher Luft feuchtigkeit sind nur bedingt geeignet. Die für Wartungs- und Bedienarbeiten erfor-derlichen Sicherheitsabstände müssen eingehalten werden (siehe Abmessungen und Sicherheitsabstände aller Geräte ab Seite 63).

Bautechnische AnforderungenFür den Wärmepumpenbetrieb werden an den Aufstellungsraum im Wesentlichen nur besondere

Transport, Aufstellung, Anschluss und Inbetriebnahme

Transport und Aufstellung

schallschutztechnische Anforderungen gestellt. Der Fußbodenaufbau bei Innenaufstellung sollte grundsätzlich schalldämmend bzw. schallentkoppelt ausgeführt werden. Dafür eignen sich insbesondere schwimmende Estrichaufbauten und schallentkoppelte Betonsockel.

Nachfolgend die wichtigsten Richtlinien zur Planung und Aufstellung von Wärmepumpen:

DIN 4109 Schallschutz im Hochbau BImSchG Bundesimmissionsschutzgesetzt TA Lärm VDE 0100 Errichten von Starkstromanlagen mit

Nennspannungen bis 1000V VDI 2050 Heizzentralen, technische Grundsätze für

Planung und Ausführung DVGW W101 Richtlinien für Trinkwasserschutzge-

biete Teil1 Schutzgebiete für Grundwasser DIN 8960 Kältemittel Anforderungen DIN 8975 Sicherheitstechnische Grundsätze für

Gestaltung, Ausrüstung und Aufstellung von Kälteanlagen

DIN 1988 Technische Regeln für Trinkwasser- Installation



Wichtig!

Bei der Inbetriebnahme muss zwingend eine abnah-meberechtigte Person anwe-send sein.

Anschluss und Inbetriebnahme

Hydraulischer Anschluss an das Quellen- und Ver-brauchernetz

Vor Anschluß der Wärmepumpe muss das komplette Leitungsnetz der Anlage gründlich gespült werden, dies gilt im Sanierungs- wie auch im Neubaubereich. Rückstände in den Heizungsrohren oder in den Erd-wärmesonden/Erdregisterrohren können zu Schäden an Wärmetauschern wie auch zu Betriebsstörungen der Wärmepumpe führen.

Es wird empfohlen, entsprechende Schmutzfänger einzubauen. Zudem muss ein hydraulischer Abgleich im Heiznetz, aber auch im Quellennetz durchgeführt werden. Nach Inbetriebnahme sind in den ersten Wochen und Monaten die eingebrachten bauseitigen Filter auf Rückstände zu kontrollieren und zu reinigen.

In warmen Räumen besteht die Gefahr von Kondensat-wasser. Dies muss mit dampfdichtem Isolationsmaterial verhindert werden. Alternativ kann anfallendes Kon-densat durch einen Tropfwasserablauf abgeleitet werden. Die Installation muss gegen Korrosion geschützt sein (Materialwahl). Um Leckagen feststellen zu können, ist zur Überwachung ein Druckwächter im Solekreis einzubauen (opt. bereits in der Wärmepumpe integriert).

Elektrischer Anschluss

Die Wärmepumpen sind gemäß mitgeliefertem Anschluss-plan elektrisch abzusichern und anzuschließen. Nach Beendigung der Verdrahtungsarbeiten darf kein Probelauf erfolgen. Die Wärmepumpe ist elektrisch gegen die Inbetriebsetzung von unbefugten Personen zu sichern. Elektrische Anschlussarbeiten sind nur durch eine konzessionierte Fachperson auszuführen.

Der Anschluss einer Heizungswärmepumpe an das Versorgungsnetz muss grundsätzlich beim Energiever-sorgungsunternehmen (EVU) angemeldet werden. Dies sollte möglichst schon im Frühstadium der Planung geschehen, um rechtzeitig alle notwendigen Einzel-heiten des Anschlusses klären zu können. Die EVU sind

üblicherweise an einer Vergleichmäßigung des Strom-verbrauches interessiert. Darum bieten sie für die Wärme-pumpe i.d.R. günstige Sondertarife mit geregelten Schaltzeiten an. Die technischen Anschlussbedingungen (TAB) sowie die ergänzenden Bestimmungen der TAB des jeweiligen EVU sind für die Errichtung einer Wärme-pumpenanlage zu berücksichtigen. Für den elektrischen Anschluss der Wärmepumpe ist ein Drehstromanschluss und ggf. ein Anlaufstrombegrenzer erforderlich.

Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme erfolgt dreistufi g (Vorabnahme mit Kontrolle des hydraulischen Abgleichs der Quelle; Inbetriebnahme der Wärmepumpe; Nachjustierung) und darf nur durch unser qualifi ziertes Fachpersonal oder durch instruiertes Personal von Partnerfi rmen der Zent-Frenger GmbH erfolgen, ansonsten erlischt automa-tisch die Werksgarantie. Während der Inbetriebnahme ist der hydraulische Abgleich der Quelle mit uns zusammen durchzuführen.

Für die Inbetriebnahme der GEOZENT Eco Wärmepumpe müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

die Anlage muss auf der Wärmequellen- und Verbraucherseite angeschlossen und komplett gefüllt und entlüft et sein

die GEOZENT Eco Wärmepumpe muss elektrisch fachgerecht angeschlossen sein

bei der Inbetriebnahme ist die Anwesenheit eines Elektrikers und eines Heizunginstallateurs erforder-lich

die Inbetriebnahme der Anlage darf nicht zum Zweck der Bautrockung erfolgen




Anwendungsfälle und Beispiele

Grundsätzliche Anschlüsse einer GEOZENT Eco Wärmepumpe ••••••••••••••••••34

Anbindung eines Heizspeichers an die GEOZENT Eco Wärmepumpe ••••••••••••••35

Anbindung eines Kühlspeichers an die GEOZENT Eco Wärmepumpe •••••••••••••35

Brunnen mit Trennwärmetauscher als Quelle ••••••••••••••••••••••••••••••••36

Geothermisches Sondenfeld, Energiepfähle oder Flächenkollektoren als Quelle ••••37

Bivalenter oder monoenergetischer Einsatz der GEOZENT Eco Wärmepumpe zur Grundlastabdeckung im Heizbetrieb ••••••••••••••••••••••••••••••••••••38

Bivalenter oder monoenergetischer Einsatz der GEOZENT Eco Wärmepumpe zur Grundlastabdeckung im Kühlbetrieb ••••••••••••••••••••••••••••••••••••39

Beispielvarianten zur Warmwasserbereitung mit der GEOZENT Eco Wärmepumpe •••40

Anwendungsfall GEOZENT Eco mit Geothermie Sondenfeld und Heiz- und Kühlanforderung ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41

Systemvergleich: Einzelkomponentenlösung – GEOZENT Eco •••••••••••••••••••42


Zent-Frenger GEOZENT Eco > Anwendungsfälle und Beispiele

T

T

T

T

T

T

Quelle

Heizen

Verbraucher

Kühlen

Grundsätzliche Anschlüsse einer GEOZEN Eco Wärmepumpe

1 Anschlüsse Heizkreis2 Anschlüsse Kühlkreis3 Anschlüsse Quelle4 Strom- und Spannungsversorgung5 Regelung:

SollwertvorgabeFreigabeBetriebsmeldungenWarnmeldungenAlarmmeldungen

1 1

2 2

3 3

4

5

Vereinfachtes Hydraulikschema Geozent Eco 80 – 320

GEOZENT Eco 80 mit hydraulischen Anschlüssen



PI

PITI

TT

TT

T

T

T

T

T

T

Anbindung eines Heizspeichers an die GEOZENT Eco Wärmepumpe

1 Lösbare Verbindung2 Rohrleitungskompensator3 Mikroblasenabscheider4 Absperrventile (gegen unabsichtliches

Schließen gesichert)5 Entlüft ungshahn

1 Lösbare Verbindung2 Rohrleitungskompensator3 Mikroblasenabscheider4 Absperrventile (gegen unabsichtliches

Schließen gesichert)5 Entlüft ungshahn

1

2

2

34

4 4

5

6

7

8

9

1011

12

13

14

15

6 Heizspeicher7 Temperaturfühler Heizspeicher oben8 Temperaturfühler Heizspeicher unten9 Heizkreisförderpumpe

10 Verbrauchernetz11 Manometer

6 Kühlspeicher7 Temperaturfühler Kühlspeicher oben8 Temperaturfühler Kühlspeicher unten9 Kühlkreisförderpumpe10 Verbrauchernetz11 Manometer

12 Filter13 Ausdehnungsgefäß14 Sicherheitsventil15 Entleerungshahn

12 Filter13 Ausdehnungsgefäß14 Sicherheitsventil15 Entleerungshahn

Beispielhydraulik

Anbindung eines Kühlspeichers an die GEOZENT Eco Wärmepumpe

TI

TT

PI

PI

TT

T

T

T

T

T

T

1

2

2

34

44

5

6

7

8

9

10

1112

13

14

15

Beispielhydraulik


Brunnen mit Trennwärmetauscher als Quelle

FS

UR

OR

UL

TT M

T

T

T

T

T

T

Fließrichtung Grundwasser

PS

1 Förderpumpe (Tauchpumpe)2 Absperrventil (gegen unabsichtliches Schließen

gesichert)3 Filter4 Brunnenkreislauf, angesteuertes Absperrventil5 Strömungswächter6 Temperaturfühler7 Entleerungshahn

1

32 2

6 5 4

7

8

9

10

15

1112

8 Trennwärmetauscher9 Diff erenzdruckwächter

10 Ausdehungsgefäß11 Sicherheitsbaugruppe12 Lösbare Verbindung13 Förderbrunnen14 Schluckbrunnen15 Rückschlagklappe

Beispielhydraulik

13 14



M

MTI

PI

PI

TI

T

T

T

T

T

T

Geothermisches Sondenfeld, Energiepfähle oder Flächenkollektoren als Quelle

1 Absperrventil (geregelt)2 Entgasungsanlage3 Überdruckventil4 Ausdehnungsgefäß

1

1

2

3

4

55

55

67

7

8

5 Absperrventil (manuell)6 Filter7 Temperaturfühler8 Sondenfeld

Beispielhydraulik



Bivalenter oder monoenergetischer Einsatz der GEOZENT Eco Wärmepumpe

zur Grundlastabdeckung im Heizbetrieb


PI

PITI

TT

TT

T

T

T

T

T

T

1 Lösbare Verbindung2 Rohrleitungskompensator/Schallkompensator3 Mikroblasenabscheider4 Absperrventile (gegen unabsichtliches Schließen

gesichert)5 Entlüft ungshahn6 Heizspeicher7 Temperaturfühler Heizspeicher oben8 Temperaturfühler Heizspeicher unten9 Heizkreisförderpumpe

1

2

2

34

4 4

5

6

7

8

9

10 11

12

13

14

15

16

17

10 Verbrauchernetz11 Manometer12 Filter13 Ausdehnungsgefäß14 Sicherheitsventil15 Entleerungshahn16 3-Wege-Ventil (Mischer Variante)17 Wärmetauscher zur zweiten Wärmequelle18 Fernwärmenetz/Fossil erwärmter Heizkreis

18

Beispielhydraulik


Bivalenter oder monoenergetischer Einsatz der GEOZENT Eco Wärmepumpe

zur Grundlastabdeckung im Kühlbetrieb


TI

PI

PI

TT

TT

T

T

T

T

T

T

1 Lösbare Verbindung2 Rohrleitungskompensator/Schallkompensator3 Mikroblasenabscheider4 Absperrventile (gegen unabsichtliches Schließen

gesichert)5 Entlüft ungshahn6 Kühlspeicher7 Temperaturfühler Kühlspeicher oben8 Temperaturfühler Kühlspeicher unten9 Kühlkreisförderpumpe

1

2

2

34

44

5

6

7

8

9

1112

13

14

15

10 Verbrauchernetz11 Manometer12 Filter13 Ausdehnungsgefäß14 Sicherheitsventil15 Entleerungshahn16 3-Wege-Ventil (Mischer Variante)17 Wärmetauscher zur zweiten Wärmequelle18 Eisspeicher, sonstige Kältequellen

16

17

18

Beispielhydraulik

10


Beispielvarianten zur Warmwasserbereitung mit der GEOZENT Eco

Wärmepumpe

PI

PITI

TT

TT

T

T

T

T

T

T

TWW

Beispielhydraulik 2-Speicher Lösung für mit Frischwasserstation: optimal für niedrige Vorlauft emperaturen im Heizkreis (Beispielhydraulik)


Hinweis

Aufgrund der hohen Leistungen der GEOZENT Eco Wärmepumpen sollten keine Kombispeicher eingesetzt werden, bei denen das Trinkwasser über Rohrwendel erwärmt wird. Hier besteht die Gefahr, dass die Rohrwendel nicht ausreichend Wärme an das Trinkwasser abgehen kann und das Heizwasser mit zu hoher Temperaratur zur Wärmepumpe zurück fl ießt. Das würde zur Folge haben, dass die Wärmepumpe herunter fährt noch bevor die gewünschte Trinkwassertempe-ratur erreicht worden ist.

PI

PITI

TT

TT

T

T

T

T

T

T

T

M

TKW

TWW

Beispielhydraulik Speicher-in-Speicher Lösung: optimal für hohe Vorlauft emperaturen im Heizkreis (≥ 45 °C)


In der nachfolgenden Grafi k ist der volle Funktions-umfang der GEOZENT Eco Wärmepumpe (Heizen, Küh-len, Naturalkühlen und Dualbetrieb) dargestellt. Alle notwendigen Komponenten sind in kompakter Bauweise im Gerät untergebracht. Dadurch benötigt die GEOZENT

Eco für die Aufstellung im Versorgungsraum nur wenig Platz. Durch die ebenfalls bereits integrierten Hydraulik-komponenten wie z.B. Pumpen und Rohrleitungen wird die Gefahr von bauseitigen Anschlussfehlern auf ein Mini-mum reduziert.

Anwendungsfall GEOZENT Eco mit Geothermie Sondenfeld und Heiz- und

Kühlanforderung

TI

PI

PI

PI

PITI

TT

TT

TT

TT

TI

PI

PI

TI

T

T

T

T

T

T

Entgasungsanlage

Beispieldarstellung einer GEOZENT Eco Wärmepumpenanlage (Gesamthydraulik)



TT35B1

Sondenverteilung

vom Kälteverteiler

zum Kälteverteiler

zum Heizverteiler

vom Heizverteiler

SpeicherKälte/Klima

SpeicherHeizung

Außentemperatur

EnergiezentraleGEOZENT Eco

Steuerung mit Touchpanel

GLT- Anschluss

Ethylenglykol 25 %

VPN getunneltes DHCP-Modem

Kältemittel R134a

DSL- Anschluss

Microblasen-abscheider

*) = Optionaler Lieferumfang von Zent-Frenger, Montage/Elektromontage bauseits

*) *) *) *)

*) *)

*)

PT PTP

PT PT

PT PT

TT

TT

P

TT

TT

P

Modullösung mit GEOZENT Eco Wärmepumpen

In der GEOZENT Eco Wärmepumpe sind ab Werk bereits alle zur Funktion benötigten Anlagenkompo-nen integriert und geprüft . Somit braucht die Wärmepumpe auf der Baustelle nur noch mit dem

Quellen- und Verbraucherrohrleitungsnetzt verbun-den und an die Stromversorgung angeschlossen werden. Das macht die Installation auf der Baustelle wesentlich schneller, sicherer und kalkulierbarer im Vergleich mit der klassischen Einzelkomponenten-Lösung.

Systemvergleich: Einzelkomponentenlösung – GEOZENT Eco

SpeicherHeizung

SpeicherKälte/Klima

TT

Außentemperatur

Wärmepumpe Master

Steuerung mit Touchpanel

Ethernet MOD Bus

AnalogModem Analoge Telefonleitung

Optional:

Systemtrenner passive und aktive Kühlung

Sondenverteilung

Wärmepumpe Slave

vom Kälteverteiler

zum Kälteverteiler

zum Heizverteiler

vom Heizverteiler

M

TT

TT

P PS28B7

M

M M

M

M

M

P PS28B7

M M

TT

TT

P

TT

TT

P

M


Konventionelle Lösung mit Einzelkomponenten

Bei einer klassischen Anlagenkonzeption werden die für die Funktionen erforderlichen Komponenten und Bau-gruppen meist erst auf der Baustelle zusammengebaut.

Neben dem erhöhten Planungsaufwand im Vorfeld birgt dieser Ansatz auf der Baustelle Risiken, z.B. dann, wenn Komponenten fehlen oder nicht zueinander passen. Dann sind straff e Zeitpläne oder Kostenvorgaben oft mals nicht mehr einzuhalten.



Notizen



Technische Daten GEOZENT Eco

Technische Daten Eco 80 – 320 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46

Leistungskurven Eco 80 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48

Leistungskurven Eco 100 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50







Zent-Frenger GEOZENT Eco > Technische Daten GEOZENT Eco

Eco 80 Eco 100 Eco 130 Eco 170 Eco 210 Eco 280 Eco 320HeizenSole 4/0 °C; Wasser 30/35 °C (B4/W35). 1)

Nennwärmeleistung [kW] 80,4 101,2 130,5 175,0 210,9 287,0 317,5Entzugsleistung [kW] 63,6 80,3 104,0 138,2 166,0 230,5 253,4Elektrische Leistungsaufnahme [kW] 16,8 20,9 26,5 36,8 44,9 56,5 64,1COP [-] 4,79 4,85 4,93 4,76 4,70 5,08 4,95CO2 Ersparnis geg. Erdgas bis zu [t/a] 16,9 21,5 28,1 36,5 43,5 63,3 68,6HeizenSole 4/0 °C; Wasser 45/50 °C (B4/W50). 1)

Nennwärmeleistung [kW] 73,0 91,4 117,4 163,5 198,8 255,2 291,1Entzugsleistung [kW] 50,5 63,5 82,7 113,3 137,8 179,5 205,6Elektrische Leistungsaufnahme [kW] 22,5 27,9 34,7 50,2 61,0 75,7 85,5COP [-] 3,25 3,28 3,38 3,26 3,26 3,37 3,41CO2 Ersparnis geg. Erdgas bis zu [t/a] 8,9 11,3 15,6 20,0 24,4 33,6 39,1KühlenSole 30/25 °C; Wasser 12/6 °C (B30/W6). 2) 5)

Nennkälteleistung [kW] 79,0 99,8 129,1 172,2 206,7 273,7 312,4Einbringleistung [kW] 95,1 119,8 154,6 207,5 249,9 328,3 374,3Elektrische Leistungsaufnahme [kW] 16,1 20,0 25,5 35,3 43,2 54,6 61,9EER [-] 4,89 4,99 5,07 4,88 4,78 5,01 5,05CO2 Ersparnis geg. herkömmlichen Kältemaschinen [t/a]

2,70 3,67 5,02 5,74 6,28 10,24 12,00

DualbetriebWasser 12/6 °C; Wasser 45/50 °C. 3) 5)

Nennwärmeleistung [kW] 83,1 104,0 133,7 182,9 223,7 291,6 331,4Nennkälteleistung [kW] 59,8 75,1 97,9 131,6 161,2 214,0 242,7Elektrische Leistungsaufnahme [kW] 23,3 28,9 35,8 51,2 62,5 77,6 88,7Dualbetrieb - Leistungszahl [-] 6,13 6,20 6,46 6,14 6,16 6,52 6,47CO2 Ersparnis geg. herkömmlichen Kältemaschinen und Erdgas [t/a]

12 15,2 20,5 26,5 32,5 45 50,8

NaturalkühlbetriebSole 10/4 °C; Wasser 12/6 °C 4) 5)

Nennkälteleistung [kW] 79,0 100,0 129,0 172,0 206,0 274,0 311,0Elektrische Leistungsaufnahme [kW] 1,9 2,3 3,3 4,1 4,5 5,5 7,0CO2 Ersparnis geg. herkömmlichen Kältemaschinen [t/a]

13,2 16,9 21,5 28,8 34,8 46,7 52,4

Technische Daten Eco 80 – 320

1) 1800 h Heizen pro Jahr.2) 1500 h Kühlung pro Jahr.3) 1000 h Dualbetrieb pro Jahr.4) 1500 h Naturalkühlung pro Jahr.5) EER der vergleichenden Kältemaschine: 4



Eco 80 Eco 100 Eco 130 Eco 170 Eco 210 Eco 280 Eco 320

Verdichter [-] CSH6553-50Y CSH6563-60Y CSH6593-60Y CSH7583-80Y CSH8563-90Y CSH8583-125Y CSH8593-140YKältemittel [-] R 134A R 134A R 134A R 134A R 134A R 134A R 134AKältemittel - Menge [kg] 26 34 43 60 71 120 136

EinsatzgrenzenWärmequelle [°C] -6 °C – 12 °CHeiz- und Kühlwasser [°C] 6 °C – 50 °C

GesamtabmessungenLänge [mm] 2225 2225 2225 3169 3169 4175 4175Breite [mm] 1400 1400 1400 1800 1800 2000 2000Höhe Basis/Gehäuse [mm] 1750/1845 1750/1845 1750/1845 1750/1845 1750/1845 1795/1845 1795/1845Anzahl Module [-] 1 1 1 1 1 2 2

Leergewicht (Basis) ca. [kg] 1999 2051 2165 2656 3097 3477 3569Leergewicht (Gehäuse) ca. [kg] 2180 2237 2362 2946 3395 3892 3984Betriebsgewicht (Gehäuse) ca. [kg] 2319 2412 2614 3264 3811 4540 4684Schalldruckpegel [dB(A)] 75,5 81,5 80,7 79,9 83,9 84,1 84,5

Elektrischer AnschlussEinspeisung, Betriebsspannung 3 P / N / PE / 400 V / 50 HzMax. Leistungsaufnahme, ca. [kW] 31,5 38 47,4 64,9 77,9 98,5 113,3Max. Betriebsstrom, ca. [A] 60,1 72,5 86,4 116,4 135 177,9 202,8Max. Anlaufstrom, ca. [A] 225 276 280 363 452 629 600

Dimension Heiznetz [DN] 50 65 80 80 100 100 100Dimension Kühlnetz [DN] 50 65 80 80 100 100 100Dimension Geothermie [DN] 50 65 80 80 100 100 100

140

120

100

80

60

40

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]

Temperatur Eintritt in Quelle [°C]181614121086420-2

Vorlauftemperatur Heiznetz 35 °CVorlauftemperatur Heiznetz 40 °CVorlauftemperatur Heiznetz 45 °CVorlauftemperatur Heiznetz 50 °C

B8|4 / W30|35

T am Verdampfer: 4 KT am Kondensator: 5 K

Diagrammnutzung

Diagrammerläuterung:Gesucht wird die Entzugsleistung für den Betriebspunkt B8/W35. B8 steht dabei für die Vorlauft emperatur der Sole, B = (engl.) Brine = Sole. W35 steht für die Vorlauf-temperatur im Heiznetz, W = (engl.) Water = Wasser. Zum Ermittlung des Ablesepunktes wird der für diese Dia-gramme hinterlegte Δ T Wert von 4 K für den Verdampfer von B8 abgezogen (B8 - 4 °K = 4 °C). Damit ergibt sich bei 4 °C der Ablesepunkt. Nun wird der Schnittpunkt mit der blauen Linie für W35 gewählt. Damit ergibt sich im nebenstehendem Beispiel eine ablesbare Entzugs-leistung aus dem Erdreich von ca. 76 kW.


140

120

100

80

60

40

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




150

130

110

140

120

100

90

80

70

Hei

zlei

stun

g [k

W]




25

23

24

21

19

17

15

22

20

18

16Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP




Leistungskurven Eco 80 – Heizbetrieb

Entzugsleistung aus Quelle, ΔT = 5 K

Heizleistung

Elektrische Leistungsaufnahme

COP



180

160

170

140

130

150

120

110

100

Eint

rags

leis

tung

[kW

]

Temperatur Eintritt in Quelle [°C]4038363432302826

Vorlauftemperatur Kühlnetz 18 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 15 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 12 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 09 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 06 °C


160

150

130

110

140

120

100

90

80

70

Küh

lleis

tung

[kW

]




22

20

21

19

18

17

16

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




9,0

7,5

6,5

8,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

EER




Leistungskurven Eco 80 – Kühlbetrieb

Eintragsleistung in Quelle, ΔT = 5 K

Kühlleistung


EER



140

120

100

80

60

40

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




180

150

130

160

170

140

120

110

100

90

Hei

zlei

stun

g [k

W]




Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]



32

30

26

22

18

28

24

20T am Verdampfer: 4 KT am Kondensator: 5 K

8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



225

215

195

205

175

165

185

155

145

135

Eint

rags

leis

tung

[kW

]




200

190

170

150

180

160

140

130

120

110

Küh

lleis

tung

[kW

]

Temperatur Eintritt in Quelle [°C]Vorlauftemperatur Kühlnetz 18 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 15 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 12 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 09 °CVorlauftemperatur Kühlnetz 06 °C

4038363432302826


27

26

25

23

24

22

21

20

19

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


9,0

7,5

6,5

8,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

4,5

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER



200

180

160

140

120

100

80

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




230

190

210

170

150

130

110

Hei

zlei

stun

g [k

W]




36

38

32

28

24

34

30

26

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



290

280

270

240

260

250

220

210

230

200

190

180

Eint

rags

leis

tung

[kW

]


4038363432302826


260

240

230

250

210

190

220

200

180

170

160

150

Küh

lleis

tung

[kW

]


4038363432302826


30

31

32

33

28

26

29

27

25

24

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


10,0

8,0

7,0

9,0

9,5

8,5

7,5

6,5

6,0

5,5

5,0

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER



270

230

250

210

190

170

150

130

110

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




310

270

230

290

250

210

190

170

150

Hei

zlei

stun

g [k

W]




55

50

40

30

45

35El

ektr

isch

e Le

istu

ngsa

ufna

hme

[kW

]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



400

360

380

320

300

340

280

260

240

Eint

rags

leis

tung

[kW

]


4038363432302826


360

320

280

340

300

260

240

220

200

Küh

lleis

tung

[kW

]


4038363432302826


50

44

48

40

36

32

46

42

38

34

30

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


8,5

7,5

6,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

4,5

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER



330

310

270

230

190

150

290

250

210

170

130

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




380

300

340

360

280

320

260

240

220

200

Hei

zlei

stun

g [k

W]




70

60

50

40

65

55

45

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



460

480

380

340

420

440

360

320

400

300

Eint

rags

leis

tung

[kW

]


4038363432302826


410

370

330

390

350

310

290

270

250

430

Küh

lleis

tung

[kW

]


4038363432302826


51

49

47

45

43

57

53

55

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


9,0

7,5

6,5

8,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

4,5

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER



420

370

320

270

230

170

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




500

450

400

350

300

250

Hei

zlei

stun

g [k

W]




90

80

70

60

50

85

75

65

55Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



630

530

580

430

480

380

Eint

rags

leis

tung

[kW

]


4038363432302826


570

520

470

420

370

320

Küh

lleis

tung

[kW

]


4038363432302826


72

68

70

64

60

56

66

62

58

54

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


9,0

7,5

6,5

8,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER



480

430

330

380

280

230

180

Entz

ugsl

eist

ung

[kW

]




560

460

360

510

410

310

Hei

zlei

stun

g [k

W]




100

95

85

75

65

55

90

80

70

60Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]




8,0

6,0

5,0

7,0

6,5

7,5

5,5

4,5

4,0

3,5

3,0

COP






Heizleistung


COP



710

610

660

510

560

460

Eint

rags

leis

tung

[kW

]


4038363432302826


630

580

480

530

430

380

Küh

lleis

tung

[kW

]


4038363432302826


85

75

80

70

65

60

Elek

tris

che

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]


4038363432302826


9,0

7,5

6,5

8,5

8,0

7,0

6,0

5,5

5,0

EER


4038363432302826




Kühlleistung


EER




Abmessungen und Sicherheitsabstände

Eco 80 Basisversion/Gehäuseversion ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••64

Eco 100 Basisversion/Gehäuseversion •••••••••••••••••••••••••••••••••••••66





Eco 280 Hydraulikmodul Basisversion/Gehäuseversion •••••••••••••••••••••••76

Eco 280 Kältemodul Basisversion/Gehäuseversion •••••••••••••••••••••••••••77


Eco 320 Hydraulikmodul Basisversion/Gehäuseversion •••••••••••••••••••••••80

Eco 320 Kältemodul Basisversion/Gehäuseversion •••••••••••••••••••••••••••81


Zent-Frenger GEOZENT Eco > Abmessungen und Sicherheitsabstände

Abmessungen in mm Technische Änderungen vorbehalten

GEOZENT Eco 80 Basisversion

Draufsicht

Frontansicht Seitenansicht

Anschlusskennzeichnungen(DN50 PN10)1 Rücklauf vom Heiznetz2 Vorlauf vom Heiznetz3 Rücklauf vom Kaltnetz4 Vorlauf vom Kaltnetz5 Rücklauf von der Geothermie6 Vorlauf zur Geothermie

AnschlägeA KranöseB Staplereinschub

A AB B

13

45 6

2

1 3

4

5

6

2




GEOZENT Eco 80 Gehäuseversion

Draufsicht

Sicherheitsabstände (gültig auch für die Basisversion)




AA BB

1 3

45

6

2



Draufsicht




A AB B

13

45 6

2

1 3

4

5

62





Draufsicht





A AB B

1 3

4

5

6

2





Draufsicht




A AB B

13

45 6

2

1 3

4

5

62





Draufsicht





AA BB

1 3

45

6

2





Draufsicht




A AB B

13

45 6

2

1 3

4

5

6

2





Draufsicht





A AB B

1 3

45

6

2





Draufsicht




A AB B

123

4

5 6

1 3

45

62





Draufsicht





A AB B

45

62

1 3





Draufsicht




A B BB BAA A

23

4

65

1

3

4

5

62



Rückansicht

12

34

6 5



Draufsicht





A B BB BAA A

2 4 6

1

1

3

3

4

5

5

62


436251


Rückansicht



GEOZENT Eco 280 Hydraulikmodul Basisversion

GEOZENT Eco 280 Hydraulikmodul Gehäuseversion

DraufsichtFrontansicht

AnschlägeA Kranöse B Staplereinschub


Seitenansicht

A B B A


A B B A

Draufsicht




GEOZENT Eco 280 Kältemodul Basisversion

GEOZENT Eco 280 Kältemodul Gehäuseversion



DraufsichtFrontansicht Seitenansicht

A B B A


A B B A

Draufsicht




Draufsicht


A B BB BAA A

2 4

6

1

3

4

5

62





Rückansicht

12

34

6 5



Draufsicht



A B BB BAA A

2436251 4 6

1

1

3

3

4

5

5

62





Rückansicht




GEOZENT Eco 320 Hydraulikmodul Basisversion

GEOZENT Eco 320 Hydraulikmodul Gehäuseversion

DraufsichtFrontansicht



Seitenansicht

A B B A


A B B A

Draufsicht




GEOZENT Eco 320 Kältemodul Basisversion

GEOZENT Eco 320 Kältemodul Gehäuseversion



DraufsichtFrontansicht Seitenansicht

A B B A


A B B A

Draufsicht


Notizen


1071

794

– 03

/201

4 M

E –

Ände

rung

en v

orbe

halte

n

Zent-Frenger GmbH

Zentrale / Niederlassung MitteSchwarzwaldstraße 2D-64646 HeppenheimT +49 (0)6252 7907-0F +49 (0)6252 7907-31E [email protected]

Niederlassung NordBüro HamburgTangstedter Landstraße 11122415 HamburgT +49 (0)40 7004017-0F +49 (0)40 7004017-9E [email protected]

Niederlassung SüdBüro StuttgartMaybachstraße 7D-71229 LeonbergT +49 (0)7152 93993-0F +49 (0)7152 93993-1E [email protected]

KompetenzzentrumGeothermieSchwarzwaldstraße 2D-64646 HeppenheimT +49 (0)6252 7907-0F +49 (0)6252 7907-31E [email protected]

www.zent-frenger.de

Documents

Ti zent frenger energy solutions geozent eco 1071794 03 2014