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Wärmepumpenanlagen sind beim Neubau und künftig auch bei der Heizungsmodernisierung die führende Technik zur Wärmeerzeugung. Die Auslegung, Planung, Integration in die Wärmeverteilung und die richtige Einstellung erfordern allerdings Know-how und rechnergestützte Planungswerkzeuge – insbesondere wenn die Wärmepumpen immer häufiger Bestandteil eines lokalen Energiesystems mit Stromerzeugung und -speicherung sind.
Wärmepumpenanlagen, insbesondere die im Bestand, müssen sorgfältig geplant werden. Denn im Betrieb erweisen sich Wärmepumpen als sensible „Diven“, sie arbeiten nur innerhalb enger Grenzen optimal. Ihre Betriebsdaten müssen deshalb möglichst genau mit ihrer saisonalen Abhängigkeit berechnet werden, damit Wärmepumpenanlagen den Wärmebedarf zu jeder Zeit und mit der notwendigen Vorlauftemperatur energieeffizient bereitstellen können.
Daten im Betrieb simulieren
Wärmepumpen-Simulationsprogramme liefern – für die getroffenen Randbedingungen – präzise Prognosen zur Jahresarbeitszahl (JAZ), zu den Betriebskosten und zur Wirtschaftlichkeit und ermöglichen darüber hinaus auch die Planung und Optimierung komplexer Systeme –
etwa die Kombinationen mit anderen Energiegewinnungssystemen oder die Eigenstromnutzung über Photovoltaik-, Photovoltaik-Thermie- oder BHKW-Anlagen.
Prognosen von Herstellern oder nach Regelwerken ermittelte Werte unterscheiden sich häufig von den tatsächlichen Daten im Betrieb. Das liegt unter anderem daran, dass das Betriebsverhalten und die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenheizung von zahlreichen Faktoren abhängen. Neben den Gebäude-, Lage- oder Klimadaten müssen auch Wechselwirkungen, etwa zwischen den Quellentemperaturen und Temperaturanforderungen, berücksichtigt werden. Werden mehrere Wärmequellen überschneidend genutzt, können die Regelwerke in den meisten Fällen keine Ergebnisse liefern.
Präziser rechnen, einfacher optimieren
Simulationsprogramme ermitteln nicht nur die Betriebsdaten in Abhängigkeit von der Außentemperatur am Standort automatisch in der gewünschten zeitlichen Auflösung. Man kann auch die Folgen eines veränderten Nutzungsprofils für die Jahresarbeitszahl und die Wirtschaftlichkeit einer Anlage anhand von Grafiken Kunden anschaulich präsentieren: Steigen der Warmwasserverbrauch oder die Raumtemperatur-Anforderungen, sinkt die Energieeffizienz der Anlage.
Projekte lassen sich auch einfacher optimieren, indem man diese mit unterschiedlichen Randbedingungen, wie Quelle, Quellengröße, Speicherlösung, Wärmepumpe, Betriebsweise etc. durchrechnet. Werden die Alternativen nacheinander berechnet und als kommentierte Anlagenvariante hinterlegt, lassen sich Systeme und Konfigurationen einfacher vergleichen. Auch Auslegungsfehler können vermieden werden, etwa bei der Dimensionierung von Erdsonden. Mit Simulationsprogrammen kann auch der Wärmeentzug in kritischen Phasen überprüft werden, um eine Vereisung des Erdreichs zu vermeiden.
Welche Programme es hierfür gibt und wie sie sich unterscheiden, zeigt Marian Behaneck in einer Marktübersicht im ausführlichen Artikel in SBZ 02-2023.
