Wiederinbetriebnahmen und Installation einer Wärmepumpe
Im Juni 2024 habe ich ein konkretes Projekt zur erneuten Wiederinbetriebnahme einer älteren Wärmepumpe realisiert. Diese Wärmepumpe, mit einer Wärmeleistung von 18 kW, ist eigentlich nur für den Außeneinsatz in einer größeren Distanz zu Wohnhäusern vorgesehen und soll jetzt in einem landwirtschaftlichen Betrieb installiert werden.
Nebenstehende Bilder zeigen die betreffende Wärmepumpe mit dem dazugehörigen Typenschild.
Die besondere Herausforderung in diesem Projekt ist zum einen, dass die technische Dokumentation zu dieser Wärmepumpe nicht mehr vollständig erhalten ist und zu anderen der Hersteller der Wärmepumpe unbekannt ist. Dadurch konnte z. B. die Belegung, des Anschlusses, der räumlich abgesetzten Bedieneinheit nicht mehr beschafft werden. Auch ausgiebige Recherchen im Internet brachten kein Ergebnis.
Teil 1: Analyse der Elektronik dieser Wärmepumpe, um die fehlenden Informationen zu beschaffen.
Teil 2: Die Montage der Wärmepumpe
Nachdem die nötigen Informationen zum Anschluss des externen Bedienteils beschafft waren, konnte die weitere Inbetriebnahme fortgesetzt werden.
Nebenstehend das Bild des externen Bedienteils der Pumpe, fertig montiert, in einem neuen Schaltkasten und an der Wärmepumpe angeschlossen.
Nach der Inbetriebnahme konnte festgestellt werden, dass die jeweils im Bedienteil einzustellenden Sprachen neben Englisch noch drei chinesische Sprachen umfasst.
Der im Bildschirm angezeigte Error zeigt ein Problem mit der Stromversorgung an, welches durch eine stärkere Stromversorgungsleitung behoben werden musste.
Damit war dieser Teil der Inbetriebnahme erfolgreich abgeschlossen.
In diesem Teil geht es um den Anschluss der Wärmepumpe an das Stromnetz.
Der Zentral Verband der Elektroindustrie (ZVEI) hat einen Leitfaden zum Anschluss von Wärmepumpen veröffentlicht. Dabei geht es um eine ausreichende und sichere Stromversorgung der Wärmepumpe, um Fragen zum Potenzialausgleich und Erdung, sowie um einen Fehlerstromschutz und um Stromzähler, um den Stromverbrauch der Wärmepumpen separat zu überwachen.
Die konkrete Umsetzung:
Die hier zu betrachtende Pumpe verwendet ein 3-Phasen Drehstromnetz, der Einschaltstrom wird in den Unterlagen zur Wärmepumpe (je nach Typ) mit bis zu 41 Ampere angegeben und der Hersteller schreibt daher eine Zuleitung mit mindestens 4 qmm Querschnitt vor. Da diese Leitung vor Ort nicht verfügbar war, musste dafür eine neue Leitung mit einem Querschnitt von 6 qmm mit einer Länge von 30 m zur Hauptverteilung verlegt werden.
Nebenstehend zwei Bilder der Elektroinstallation.
Der links unten gezeigte 3-phasige Stromzähler ist mit WLAN ausgerüstet und kann mit dem Handy ausgelesen werden.
Weiter soll im Laufe der weiteren Inbetriebnahme neben dem oben erwähnten Stromzähler noch ein Wärmemengenzähler (ebenfalls mit WLAN) installiert werden, um die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe zu ermitteln.
Informationen auf dem Bildschirm der Bedieneinheit:
Die Software der Wärmepumpe ist auch in der Lage, das korrekte Drehfeld des 3-phasigen Netzes zu erkennen. Damit konnte dieser Punkt auch gleich entsprechend korrigiert werden.
Teil 3: Die Inbetriebnahme
Es folgt jetzt die Beschreibung der Inbetriebnahme. Zuerst musste die Wärmepumpe jedoch für mindestens für 12 Stunden am Netz angeschlossen sein, damit die Ölsumpfheizung des Verdichters schon vorab im Betrieb war.
Am 1.7. war es dann so weit, die Wärmepumpe ging erstmals in Betrieb. Anbei das Video des ersten Starts der Wärmepumpe.
Wie man in der Anzeige (der Bedieneinheit) im Video erkennen kann, ist die Solltemperatur der Wärmepumpe auf 49 Grad eingestellt. Im Moment des ersten Starts betrug die Temperatur im Rücklauf des Heizkreislaufs 43 Grad, die Vorlauftemperatur zeigte einen Wert von 34 Grad.
Aktuell war die Wärmepumpe zu diesem Zeitpunkt so eingestellt, dass bei einer Unterschreitung der Temperatur im Rücklauf gegenüber der eingestellten Solltemperatur von mehr als 4 Grad die Wärmepumpe startet. Die Wärmepumpe speist dann so lange eine Temperatur von etwas mehr als 50 Grad in den Vorlauf ein, bis auch die Rücklauftemperatur eine Temperatur von 49 Grad erreicht hat und sich die Wärmepumpe wieder abschaltet. Dieses schnelle Hochfahren der Temperatur im Vorlauf kann man im obigen Video sehr genau verfolgen.
Im Verlauf des Betriebs konnte eine maximale erreichte Vorlauftemperatur von 54 Grad beobachtet werden, was annähernd dem Maximum entspricht, was diese Wärmepumpe erreichen kann. Daher sollte die maximale Solltemperatur, einer solchen Wärmepumpe, nie über 50 Grad eingestellt werden, damit die Wärmepumpe nicht auf Dauer überlastet wird. Die Betriebsanleitung der Pumpe sieht hier in Ausnahmefällen eine maximale Solltemperatur von 55 Grad vor.
Teil 4: Die Einstellung und Optimierung der Wärmepumpe
Wie schon beschrieben, ist diese Wärmepumpe zur Unterstützung einer bestehenden Hackschnitzelheizung und eines Blockheizwerkes, in einer größeren Wohnanlage und einem landwirtschaftlichen Betrieb vorgesehen. Die Anlage verfügt über einen 500 Liter fassenden Wärmespeicher. Weiter verfügt der Betrieb über eine große Photovoltaikanlage mit etwa 100 kW Leistung.
Eine solche Kombination von Wärmepumpe und anderen Heizquellen nennt sich bivalenter Betrieb, wobei im vorliegenden Fall die Wärmepumpe nur zur Unterstützung der anderen Heizquellen zum Einsatz kommt. So kann die Wärmepumpe z. B. einen Notbetrieb sicherstellen, wenn die anderen Heizquellen ausfallen. Ebenso kann der Überschuss einer Photovoltaikanlage genutzt werden, um damit die Wärmepumpe zu betreiben.
Die nächsten Bilder zeigen den Testbetrieb der Wärmepumpe, um den Wärmespeicher um 4 Grad zu erwärmen.
Optimierung von Wärmepumpen
Die beiden Bilder zeigen den Moment des Einschaltens und den Moment des Abschaltens. In diesem Beispiel betrug die Solltemperatur 50 Grad und die Wärmepumpe benötigte 18 Minuten, die Temperatur, im Rücklauf der Heizung um 4 Grad (von 46 auf 50) zu erhöhen.
Bei der Optimierung der Wärmepumpe geht es darum, die Anzahl der Startvorgänge der Wärmepumpe so klein wie möglich zu halten und die jeweilige Laufzeit eines Heizzyklus nicht zu kurz zu wählen. Im Handbuch zur Wärmepumpe sind hier max. 3 Startvorgänge in der Stunde genannt. Daher muss der Einsatz der Wärmepumpe und deren Größe genau geplant werden, um zum einen, eine möglichst optimale Energieeffizienz und zum anderen, eine möglichst lange Lebensdauer des Verdichters zu gewährleisten.
Wie bereits im obigen Abschnitt erläutert, darf die Solltemperatur nicht viel höher als 50 Grad betragen. Das ist insbesondere dann zu beachten, wenn mit der Wärmepumpe auch Warmwasser erzeugt werden soll, denn hier beträgt die Mindesttemperatur (zur Verhinderung eines Legionellenwachstums) mindestens 60 Grad. Auch ältere Heizsysteme (in unsanierten Altbauten) benötigen im Winter ähnlich hohe Temperaturen. In diesen Fällen benötigt man zusätzlich eine weitere Heizquelle (oder eine modernere Wärmepumpe), welche diese Werte erreichen kann.
Effizienz einer Wärmepumpe:
Am oben im Bild gezeigten Typenschild erkennt man, dass diese Wärmepumpe eine Heizleistung von 17,8 kW erreichen kann und dafür eine elektrische Leistung von 4,85 kW benötigt. Damit beträgt die Wärmeleistung (in kW) den 3,6-fachen Wert, gegenüber der eingespeisten elektrischen Energie. Der COP (Coefficient of performance) ergibt damit einen Wert von 3,6 (für diesen maximalen Arbeitspunkt), was bei einer Luftwärmepumpe, älterer Bauart, ein üblicher Wert ist.
Die für die Beurteilung der Effizienz einer Wärmepumpe wichtige JAZ (Jahresarbeitszahl) wird über einen Zeitraum von einem Jahr ermittelt. Deshalb fehlen hier noch genauere Messungen, wofür man aber die oben erwähnten Zähler (abgegebene Wärmemenge und zugeführte elektrische Energie) benötigt.
Damit ist die Erstinbetriebnahme der Wärmepumpe abgeschlossen. Es folgt als nächster wichtiger Punkt die korrekte Erdung des Gerätes. Im Weiteren erfolgt die Optimierung der Solltemperatur der Wärmepumpe und die Einstellung der Differenztemperatur, von Soll- zu Rücklauftemperatur, welche zum Einschalten der Pumpe führt und gleichzeitig die Laufzeit eines Heizzyklus bestimmt.