Luft-Wärmepumpen Monitoring

Wilhelm Schlader und Dieter Bischof Energieinstitut Vorarlberg Okt. 2016

Projektumfang

Messung von 10 Luftwärmepumpen in Vorarlberg

Projektpartner: Land Vorarlberg, VKW

Messzeitraum mindestens 2 Jahre

Verschiedene Systemkombinationen

Unterschiedliche Standorte

Verschiedene Wärmepumpen-Hersteller

Projekt - Ziele

Ermittlung der real erreichten JAZ von Luft- Wärmepumpenanlagen in unterschiedlichen Nutzungsfällen und Einsatzbereichen. (Neubau, Sanierung, mit/ohne Solaranlage, unterschiedliche Standorte).

Korrelation der messtechnischen Ergebnisse mit den berechneten Werten aus dem Berechnungstool JAZcalc.

Analyse von Schwachstellen und Optimierungspotentialen.

Aufbereitung der Ergebnisse und Rückkopplung an die Projektpartner und planenden und ausführenden Akteure.

Messgrößen

Produzierte Wärmemenge der Wärmepumpe mit Vor- /Rücklauftemperatur

Vorlauftemperatur zur Wärmeabgabe

Stromaufnahme Wärmepumpe (und elektr. Zusatzheizung)

Außentemperatur

Wärmemenge Solaranlage

Messintervall alle 15 Minuten

Automatische Datenübertragung zum Server im

Energieinstitut Vorarlberg Anlagenstandorte

- 01 SC: - 03 RM: - 05 ZM: Klaus - 08 GA: St. Anton im Montafon - 13 MS: - 14 SM: - 15 EG: Sulz - 17 FJ: - 19 HD: Götzis - 21 BM: Schlins

Anlagenübersicht

Nr Kürzel Ort Kombination Typ HWB Baujahr BGF WP [kWh/m2] Gebäude [m2] 01 SC Alberschwende Hzg, WW, Außen 55 2010 170 Solar, Kaminofen wassergeführt 03 RM Schlins Hzg, WW, Split 51 2008 176 Solar, Kaminofen 05 ZM Klaus Hzg, WW, Innen 200 1982 160 Kachelofen 08 GA St. Anton i. M. Hzg, WW, Innen 112 1972 230 Solar 13 MS Altach Hzg, WW, Innen 33 2012 178 Solar 14 SM Bregenz Hzg, WW Split 60 2012 150

15 EG Sulz Hzg, WW, Split 36 2012 194 Solar, Kaminofen 17 FJ Andelsbuch Hzg, WW, Innen 26 2013 255 Solar, Kachelofen 19 HD Götzis Hzg, Split 120 2000 199 Kaminofen 21 BM Schlins Hzg, WW, Split 34 2010 188 Kaminofen

Hzg: Heizung, WW: Warmwasser, Solar: thermische Solaranlage Übersicht Anlagen-Messwerte

Wärme Strom WW-Bedarf Solar PEspezBGF CO2spezBGF Nr Kürzel JAZ [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [kWh/m2] [kg/m2] 1 SC 2,4 14473 5944 2800 4743 92 14,6

3 RM 2,1 9147 4304 3500 2404 64 10,2

5 ZM 3,1 23271 7630 700 0 125 19,9 8 GA 3,7 40982 11061 2800 1120 126 20,1

13 MS 3,0 8752 2893 2800 2961 43 6,8 14 SM 3,6 13124 3692 1400 0 64 10,3

15 EG 2,1 2595 1266 3500 2475 17 2,7 17 FJ 3,2 15997 4999 2100 4448 51 8,2

19 HD 3,9 14697 3754 0 0 68 10,8 21 BM 2,9 6437 2216 1400 0 31 4,9

PEspezBGF: Primärenergiemenge spezifisch auf m2 BGF bezogen nach OIB2011. CO2spezBGF: CO2 Menge spezifisch auf m2 BGF bezogen nach OIB2011.

Der WW-Bedarf ist aus der Anzahl Personen mit je 700kWh pro Person und Jahr berechnet. Alle anderen Daten sind gemessene Werte. JAZ, Überblick aller Anlagen

Die ausgewerteten Jahresarbeitszahlen aller Anlagen nebeneinander betrachtet ergeben ein sehr heterogenes Bild. Die Jahresarbeitszahlen liegen im Bereich von 2,1 bis 3,9. Der Mittelwert über alle Anlagen liegt bei 3,0. Einfluss der Solarthermie

Es ist ein signifikanter Einfluss der Solaranlage auf die JAZ feststellbar. Anlagen mit Solarthermie weisen eine im Mittel um 0,4 geringere JAZ zum Mittelwert über alle Anlagen auf. Anlagen ohne Solarthermie weisen eine im Mittel um 0,4 höhere JAZ zum Mittelwert über alle Anlagen auf. Einfluss der Solarthermie

Je mehr der benötigten Gesamtwärmeenergie (Heizung + Warmwasser) von der Solarthermie gedeckt wird, desto niedriger die JAZ.

Einfluss des Warmwasserbedarf

Je höher der anteilige Warmwasserbedarf ist, der von der Wärmepumpe gedeckt wird, desto niedriger ist die JAZ. Die Anlage ohne Warmwasserbereitung (19 HD) zeigt die höchste JAZ Vergleich gemessene JAZ zu gerechneter mit „JAZcalc“

Die Abweichung über 10 Anlagen beträgt im Mittel 0,1. Die größeren Abweichungen (Anlagen „03RM“, „08GA“, „15EG“) können darauf zurückgeführt werden, dass diese Systeme im Berechnungstool „JAZcalc“ weniger gut abgebildet werden können. Überdimensionierte Wärmepumpen

Die installierte Heizleistung der Wärmepumpen ist zum Teil fast doppelt so hoch wie die Gebäude-Heizlast. Bei fünf Objekten konnte keine ausreichend genaue Gebäude-Heizlast ermittelt werden und

wurden daher in diese Gegenüberstellung nicht aufgenommen.

JAZ versus CO2

Bei dieser Gegenüberstellung ist erkennbar, dass bei niedriger JAZ auch die spezifische CO2 Menge (pro m² BGF) tendenziell geringer ist. D.h. dass eine Anlage mit niedrigerer JAZ der Wärmepumpe trotzdem das ökologisch bessere System sein kann. Da z.B. ein erheblicher Anteil der Energie aus Solarthermie bezogen wird. JAZ ist nur die „halbe Miete“

Anlage mit hoher JAZ („8GA“) Anlage mit niedriger JAZ („15EG“)

JAZ (über zwei Jahre) 3,6 2,1

CO2 (nach OIB 2011) 20 kg pro m² und Jahr 2,7 kg pro m² und Jahr Baujahr / BGF 1972 / 230 m² 2012 / 194 m² HWB 112 kWh pro m² und Jahr 36 pro m² und Jahr Normaußentemperatur -16°C - 13°C Vorlauftemperatur 30 bis 45 °C 25 bis 32 °C Produzierte rund 41.000 kWh pro Jahr rund 2.600 kWh pro Jahr Wärmemenge Gründe / Ursachen • Bei A2/W35 einen COP von 3,7 • Bei A2/W35 einen COP von 3,7 • Viele Betriebsstunden und lange Laufzeiten der • Geringe Betriebsstunden (rund 800) durch hohe Wärmepumpe. Solarerträge. • Die Wärmepumpe ist gut ausgelegt und nicht • Solarer Gesamtdeckungsgrad von rund 50% überdimensioniert. • Wärmepumpe ist überdimensioniert. • Optimale Abstimmung der Regelungskreise • Prozentuell hoher Anteil an Bereitschaftsstrom für WP - Speicher – Wärmeabgabe. Wärmepumpe und Regelung. • Die unterschiedlichen Temperaturniveaus für • Regelungstechnisch Abfrage ob Wärme benötigt Heizung und für Warmwasser werden im wird. Wärmepumpe schaltet regelmäßig die Speicher sauber eingeschichtet. integrierte Umwälzpumpe ein, ohne dass Wärme • Sauberes Pufferlademanagement: Umschaltung erzeugt wird. zwischen Heizbetrieb und WW-Erzeugung mit zwei Ventilen realisiert. Zusammenfassung

Mittel über die 10 Anlagen => JAZ 3,0. (min. 2,1 / max. 3.9)

Die Systemkombination hat höheren Einfluss auf die JAZ als die Gebäudequalität (HWB)

Hohe JAZ bedingt nicht automatisch geringe C02 Emission

Wärmepumpe ohne Solarthermie tendenziell höhere JAZ

Je geringer der WW-Anteil desto höhere JAZ

Wärmepumpen oft überdimensioniert

JAZcalc-Berechnung bestätigt die Messergebnisse

Wir bedanken uns bei den Finanzierungspartnern die dieses Projekt ermöglicht haben.