Table of Contents | ||
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4
Wasser/Wasser-Wärmepumpewater / water heat pumps
4.1
Wärmequelle GrundwasserBeim Vorliegen entsprechender Randbedingungen kann die thermische Energiegewinnung über das Grundwasser eine sehr effiziente Form der thermischen Nutzung des Untergrunds zu Heiz- und/oder Kühlzwecken darstellen. Bei Planung, Bau und Betrieb von Brunnenanlagen zur thermischen Nutzung des Untergrunds sind die wasserrechtlichen Vorgaben und die jeweiligen landesspezifischen Regelungen zu beachten. Zur thermischen Nutzung soll im Hinblick auf die Effizienz der Anlage wie auch auf den Grundwasserschutz vorrangig oberflächennahes Grundwasser mit freiem Grundwasserspiegel (gleiche Grundwasser führende Schicht) verwendet werden.
Bei einer Nutzung tieferer Grundwasserstockwerke sind besondere Schutzvorkehrungen erforderlich. Die Planung und Ausführung von Brunnenanlagen muss von einschlägigen Planungsbüros oder entsprechend qualifizierten Fachbetrieben des Brunnenbauerhandwerks ausgeführt werden. Hierbei sind die Empfehlungen der Richtlinie VDI 4640 Blatt 2 zu beachten. Unbedingt erforderlich sind Informationen über die Ergiebigkeit des Grundwasserstocks und die chemische Zusammensetzung des Grundwassers. Zur Beurteilung ist eine Probebohrung zu empfehlen, die später zum Brunnen ausgebaut werden kann. Die Herstellerempfehlungen zur Qualität des Brunnenwassers sind zu beachten (siehe Kap. 4.2). Bei nicht den Herstellervorgaben entsprechender Wasserqualität kann entweder ein Wärmepumpenmodell mit geeignetem Verdampfer (Edelstahl-Wärmeübertrager) oder ein Zwischenkreis mit geschraubtem Edelstahl-Plattenwärmetauscher (siehe Kap. 3.6 und Kap. 4.3.4) zur Anwendung kommen. Der Verdampfer ist vor Frostschäden zu schützen, beispielsweise durch eine Temperaturüberwachung oder durch einen Zwischenkreis, der mit einer Frostschutzmischung betrieben wird. Die Herstellervorgaben sind zu beachten. Der Zwischenkreis erfordert einen zusätzlichen Energieaufwand für den Betrieb der Solepumpe und reduziert die Wärmequellentemperatur um etwa 3 K, was zu einer verminderten Arbeitszahl führt.
Für Kleinanlagen ist Grundwasser eine eher schlecht einschätzbare Wärmequelle, wenn nicht Erfahrungen mit Anlagen in nächster Nähe vorliegen, denn der Aufwand für eine Probebohrung ist sehr groß. Die Probebohrung ist nicht nutzbar, wenn sich daraus keine Eignung ergibt. Für große Anlagen sind die Kosten für eine Probebohrung und für einen Pumpversuch von geringerer Bedeutung, hier sind auch größere Tiefen (bis 50 m) wirtschaftlich vertretbar. Die wichtigsten Kriterien für eine Systementscheidung und die Vorplanung sind im Folgenden zusammengefasst:
Genehmigung nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) durch die untere Wasserbehörde
Abstand zwischen Saug- und Schluckbrunnen: mindestens 15 m in Fließrichtung des Grundwasserstroms
empfohlener Mindestabstand von Bohrungen zu bestehenden Gebäuden: 2 m
Die Standsicherheit von Gebäuden darf nicht gefährdet werden.
Temperaturbereich des Grundwassers
7...12 °C
Einsatzbereich der Wasser/Wasser-Wärmepumpe
7...25 °C
Groundwater as a heat source
If the appropriate boundary conditions exist, the thermal energy generation via the groundwater can represent a very efficient form of thermal use of the subsoil for heating and / or cooling purposes. When planning, building and operating well systems for thermal use of the subsoil, the water law requirements and the respective country-specific regulations must be observed. For thermal use, with a view to the efficiency of the system as well as groundwater protection, groundwater near the surface with a free groundwater level (same groundwater-bearing layer) should primarily be used.
When using deeper groundwater levels, special protective measures are required. The planning and execution of well systems must be carried out by relevant planning offices or appropriately qualified specialist companies in the well construction trade. The recommendations of guideline VDI 4640 Part 2 must be observed here. Information about the productivity of the groundwater stock and the chemical composition of the groundwater is absolutely essential. A test borehole, which can later be converted into a well, is recommended for assessment. The manufacturer's recommendations for the quality of the well water must be observed (see Section 4.2). If the water quality does not meet the manufacturer's specifications, either a heat pump model with a suitable evaporator (stainless steel heat exchanger) or an intermediate circuit with a screwed stainless steel plate heat exchanger (see Section 3.6 and Section 4.3.4) can be used. The evaporator must be protected from frost damage, for example by means of temperature monitoring or an intermediate circuit that is operated with an anti-freeze mixture. The manufacturer's specifications are to be observed. The intermediate circuit requires additional energy to operate the brine pump and reduces the heat source temperature by around 3 K, which leads to a reduced coefficient of performance.
For small systems, groundwater is a rather difficult heat source to assess if there is no experience with systems in the immediate vicinity, because the effort for a test borehole is very high. The test hole cannot be used if it is unsuitable. For large systems, the costs for a test borehole and for a pumping test are of lesser importance; greater depths (up to 50 m) are economically justifiable here. The most important criteria for a system decision and preliminary planning are summarized below:
Approval according to the Water Management Act (WHG) by the lower water authority
Distance between suction and suction wells: at least 15 m in the direction of flow of the groundwater flow
Recommended minimum distance between boreholes and existing buildings: 2 m
The stability of buildings must not be endangered.
Temperature range of the groundwater | 7 ... 12 ° C |
Area of application of the water / water heat pump | 7 ... 25 ° C |
Guide value for the amount of water required | min. 2 m3/ h für for 10 kW Heizleistung bzw.heating capacity or |
Verfügbarkeit Availability
Ganzjährig
All year round
Possibility of use
monovalent
monoenergetischmonoenergetic
bivalent (alternativalternative, parallel, teilparallelpartially parallel)
bivalent regenerativregenerative
ErschließungsaufwandDevelopment effort
Genehmigungsverfahren (untere WasserbehördeApproval procedure (lower water authority)
Förderbrunnen / Schluckbrunnen mit luftdichtem Abschluss der Brunnenköpfe
Wasserbeschaffenheit (Wasseranalyse)
Rohrleitungssystem
Brunnenpumpe
Erdarbeiten / Baumaßnahmen
Wartungshinweise Um einen sicheren Betrieb der Wärmepumpe gewährleisten zu können ist diese in regelmäßigen Abständen zu warten. Folgende Arbeiten können auch ohne spezielle Ausbildung ausgeführt werden:
Reinigung des Innenraums der Wärmepumpe
Reinigung des Primärkreises (Schmutzfänger, Schwebstofffilter,…)
Zusätzlich ist auch die Dichtigkeit der Wärmepumpe und die Funktionsfähigkeit des Kältemittelkreislaufs in regelmäßigen Abständen zu überprüfen.
Weitere Informationen und länderspezifische Normen zur Dichtheitsprüfung von Wärmepumpen finden Sie unter
Delivery wells / absorption wells with airtight closure of the well heads
Water quality (water analysis)
Piping system
Well pump
Earthworks / construction work
Maintenance instructions In order to be able to guarantee safe operation of the heat pump, it must be serviced at regular intervals. The following work can also be carried out without special training:
Cleaning the inside of the heat pump
Cleaning the primary circuit (dirt trap, particulate filter, ...)
In addition, the tightness of the heat pump and the functionality of the refrigerant circuit must be checked at regular intervals.
Info |
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NOTE |
Info |
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HINWEIS Weitere Informationen zur Wartung von Wärmepumpen sind der Montageanweisung der Wärmepumpe zu entnehmen. |
NOTE Further information on the maintenance of heat pumps can be found in the installation instructions for the heat pump. |
Work on refrigerant-carrying components may only be carried out by appropriately trained and instructed personnel.
4.1.1
Dimensionierungshinweise – Wärmequelle WasserDie Wärmequelle der Wasser/Wasser-Wärmepumpe ist auf die Kälteleistung der Wärmepumpe auszulegen. Diese lässt sich aus der Heizleistung abzüglich der elektrischen Aufnahmeleistung der Wärmepumpe im Auslegungspunkt berechnen. Grundsätzlich gilt für die Wärmequelle, dass die am Verdampfer der Wärmepumpe übertragene Leistung Q0 zur Verfügung stellen muss. Dabei gilt: VerdampferleistungDimensioning information - heat source water
The heat source of the water / water heat pump must be designed for the cooling capacity of the heat pump. This can be calculated from the heating power minus the electrical input power of the heat pump in the design point. The basic rule for the heat source is that the power Q transferred to the heat pump's evaporator0 must provide. The following applies: Evaporator output Q0 (kWth) = Heizleistung Heating capacity QC. (kWth) – elektrische Aufnahmeleistung des Verdichters - electrical power consumption of the compressor Pel (kWel)
Info |
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HINWEIS Eine Wärmpumpe mit höherer Leistungszahl hat bei vergleichbarer Heizleistung eine geringere elektrische Leistungsaufnahme und somit eine höhere Kälteleistung. |
Beim Austausch einer alten Wärmepumpe gegen ein neueres Modell ist deshalb die Leistung der Wärmequelle zu überprüfen und gegebenenfalls der neuen Kälteleistung anzupassen.
Dimensionierung der Brunnenpumpe
Der Wasser-Volumenstrom ist abhängig von der Leistung der Wärmepumpe und wird durch die Brunnenpumpe gefördert. Entsprechend der Leistung sollte der Massenstrom so groß gewählt werden, dass sich bei niedrigster Wärmequellentemperatur (7 °C) eine Temperaturspreizung über dem Verdampfer von 2 – 3 Kelvin einstellt. Der in den Geräteinformationen der Wärmepumpe angegebene Wasserdurchsatz entspricht einer Temperaturspreizung der Wärmequelle von ca. 3 K. Neben dem Volumenstrom sind die Druckverluste in der Brunnenanlage und die technischen Daten der Pumpenhersteller zu berücksichtigen. Dabei sind Druckverluste in hintereinander geschalteten Rohleitungen, Einbauten und Wärmetauschern zu addieren.
Note |
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ACHTUNG |
** Der Gegendruck entspricht der freien Pressung der Brunnenpumpe im Betriebspunkt abzüglich der Druckdifferenz zwischen höchsten Punkt der Brunnenanlage und Wasserstand (Pegel) im Brunnen (Manometer).
Temperaturdifferenz Wärmequelle Grundwasser
Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) definiert die Differenz zwischen Ein- und Auslauftemperatur einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe. Diese Werte sind wie folgt definiert:
Zulässige Temperaturveränderung des einzuleitenden Wassers gegenüber der Entnahmetemperatur des Grundwassers: +/- 6 K
Mindesttemperatur des einzuleitenden Wassers: 5 °C
Höchsttemperatur des einzuleitenden Wassers: 20 °C
4.1.2 Erschließung der Wärmequelle Grundwasser
Ab einer Brunnentiefe von 8 bis 10 m ist die Wärmequelle Grundwasser für den monovalenten Wärmepumpenbetrieb geeignet, da dieses ganzjährig nur noch geringe Temperaturschwankung (7-12 °C) aufweist. Zum Wärmeentzug aus Grundwasser muss grundsätzlich die Zustimmung der zuständigen Wasserbehörde vorliegen. Sie wird außerhalb von Wasserschutzzonen im Allgemeinen erteilt, ist jedoch an bestimmte Bedingungen, wie z.B. an eine maximale Entnahmemenge bzw. eine Wasseranalyse gebunden. Die Entnahmemenge ist abhängig von der Heizleistung. Für den Betriebspunkt W10/W35 enthält Tab. 4.1 die erforderlichen Entnahmemengen. Die Planung und Errichtung der Brunnenanlage mit Förder- und Schluckbrunnen sollte einem vom internationalen Wärmepumpenverband mit Gütesiegel zertifizierten bzw. nach DVGW W120 zugelassenen Bohrunternehmen übertragen werden. In Deutschland ist die VDI 4640 Blatt 1 und 2 zu berücksichtigen.
Wärmepumpe
Edelstahl Spiralwärmetauscher
Brunnenpumpe (Bei Standard empfohlen)
Umwälzpumpe bei schlechter Wasserqualität und Einsatz eines Zwischenkreislaufs mit Plattenwärmetauscher
Pressung Brunnenpumpe2
Kaltwasserdurchsatz Wärmepumpe
Heizleistung Wärmepumpe
Kälteleistung Wärmepumpe
Druckverlust Verdampfer
Brunnendurchmesser ab
NOTE A heat pump with a higher coefficient of performance has a lower electrical power consumption and thus a higher cooling capacity with a comparable heating output. |
When replacing an old heat pump with a newer model, the output of the heat source must therefore be checked and, if necessary, adjusted to the new cooling output.
Dimensioning the well pump
The water volume flow depends on the performance of the heat pump and is conveyed by the well pump. Depending on the output, the mass flow should be selected so that at the lowest heat source temperature (7 ° C) there is a temperature spread across the evaporator of 2 - 3 Kelvin. The water throughput specified in the device information of the heat pump corresponds to a temperature spread of the heat source of approx. 3 K. In addition to the volume flow, the pressure losses in the well system and the technical data of the pump manufacturer must be taken into account. In doing so, pressure losses in pipelines, internals and heat exchangers connected in series must be added.
Note |
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ATTENTION |
** The back pressure corresponds to the free compression of the well pump at the operating point minus the pressure difference between the highest point of the well system and the water level (level) in the well (manometer).
Temperature difference heat source groundwater
The Water Management Act (WHG) defines the difference between the inlet and outlet temperature of a water / water heat pump. These values are defined as follows:
Permissible change in temperature of the water to be introduced compared to the extraction temperature of the groundwater: +/- 6 K
Minimum temperature of the water to be introduced: 5 ° C
Maximum temperature of the water to be introduced: 20 ° C
4.1.2 Development of the heat source groundwater
From a well depth of 8 to 10 m, the groundwater heat source is suitable for monovalent heat pump operation, as this only shows slight temperature fluctuations (7-12 ° C) all year round. In principle, the approval of the responsible water authority must be available for heat extraction from groundwater. It is generally issued outside of water protection zones, but is tied to certain conditions, such as a maximum withdrawal quantity or a water analysis. The amount withdrawn depends on the heating output. For the operating point W10 / W35, Table 4.1 contains the required withdrawal quantities. The planning and construction of the well system with delivery and absorption wells should be entrusted to a drilling company certified by the international heat pump association with a seal of approval or approved according to DVGW W120. In Germany, VDI 4640 sheets 1 and 2 must be taken into account.
Heat pump | Stainless steel spiral heat exchanger | Well pump (recommended for standard) | Circulation pump with poor water quality and use of an intermediate circuit with plate heat exchanger | Pressing well pump2 | Cold water throughput heat pump | Heat pump heating output | Heat pump cooling capacity | Evaporator pressure loss | Well diameter from | Motor protection |
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| bar | m3/hH | kW | kW | Pa | Zollcustoms | A. |
WI 10TUWI 10TU | x | UWE 200-95 | nicht erforderlich not mandatory 1 | 1,.55 | 2,.2 | 9,.6 | 8,.0 | 6200 | 44th | 1,.4 |
WI 14TUWI 14TU | x | Grundfos SP 3A-3 | nicht erforderlich not mandatory 1 | 1,.4 | 3,.1 | 13.3 | 11,.1 | 14000 | 44th | 1,.4 |
WI 18TUWI 18TU | x | Grundfos SP 5A-3 | nicht erforderlich not mandatory 1 | 1,.5 | 4.0 | 17,.1 | 14,.2 | 15200 | 44th | 1,.4 |
WI 22TUWI 22TU | x | Grundfos SP 5A-3 | nicht erforderlich not mandatory 1 | 1,.2 | 5,.3 | 22,.3 | 18,.5 | 21400 | 44th | 1,.4 |
WI 35TUWI 35TU |
| Grundfos SP 8A-3 | WSI 32TU (SI 26TU mit with Stratos Para 30 / 1-12) | 1,.3 | 8,.2 | 35,.6 | 30,.0 | 22000 | 44th | bauseitson site |
WI 45TUWI 45TU |
| Grundfos SP 14A-3 | WSI 45TU (SI 35TU mit with Magna3 40-80F) | 1,.7 | 10,.0 | 46,.2 | 38,.0 | 37000 | 44th | bauseitson site |
WI 65TUWI 65TU |
| Grundfos SP 14A-3 | WSI 65TU (SI 50TU mit with Magna3 65-80F) | 1,.15 | 16,.0 | 68,.5 | 58,.0 | 2500025,000 | 66th | bauseitson site |
WI 95TUWI 95TU |
| Grundfos SP 30-2 | WSI 90TU (SI 75TU mit with Magna3 65-100F) | 1,.75 | 23,.2 | 99,.0 | 82,.0 | 55000 | 66th | bauseitson site |
WI 120TU |
| Grundfos SP 30-2 | WSI 110TU (SI 90TU mit with Magna3 65-100F) | 1,.54 | 27,.7 | 118,.5 | 98,.3 | 21500 | 66th | bauseitson site |
WIH 120TU |
| Grundfos SP 30-2 | WSIH 110TU (SIH 90TU mit with Magna3 65-100F) | 1,.55 | 28,.1 | 122,.5 | 100,.0 | 30800 | 66th | bauseitson site |
WI 180TUWI 180TU |
| Grundfos SP 46-2 | WSI 150TU (SI 130TU mit with Magna3 65-150F) | 1,.7 | 42,.1 | 177,.0 | 144,.5 | 41500 | 88th | bauseitson site |
1 Edelstahl-Spiralwärmetauscher serienmäßig! 2 Gegendruck der Brunnenanlage beachten um Lagerschäden an der Brunnenpumpe zu vermeiden Stainless steel spiral heat exchanger as standard! 2Pay attention to the counter pressure of the well system in order to avoid bearing damage to the well pump!
Tab.4.1: Dimensionierungstabelle der minimal erforderlichen Brunnenpumpen für Wasser/Wasser-Wärmepumpen bei W10/W35 für Standardanlagen mit verschlossenen Brunnen. Die endgültige Festlegung der Brunnenpumpe muss in Absprache mit dem Brunnenbauer erfolgen.
Info |
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HINWEIS Der in den Wärmepumpen WI 10 – WI 22TU eingebaute Motorschutzschalter muss bei der Installation auf die Nenndaten der verwendeten Brunnenpumpe eingestellt werden. |
Note |
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ACHTUNG Kommt eine andere Brunnenpumpe bei den Wärmepumpen WI 10 – WI 22TU zum Einsatz ist der Motorschutzschalter bauseits zu überprüfen und ggf. zu ersetzen. |
4.2 Anforderungen an die Wasserqualität
Unabhängig von den rechtlichen Bestimmungen dürfen keine absetzbaren Stoffe im Grundwasser enthalten sein und die Eisen- (<0,20 mg/l) und Mangan- (<0,10 mg/l) Grenzwerte müssen eingehalten werden, um eine Verockerung der Wärmequellenanlage zu verhindern. Die Erfahrung zeigt, dass Verschmutzungen mit Korngrößen über 1 mm, ganz besonders bei organischen Bestandteilen leicht zu Schäden führen können. Körniges Material (feiner Sand) setzt sich bei Einhaltung der vorgegebenen Wasserdurchsätze nicht ab. Der im Lieferumfang der Wärmepumpe enthaltene Schmutzfänger (Maschenweite 0,6 mm) schützt den Verdampfer der Wärmepumpe und ist direkt am Eintritt der Wärmepumpe zu installieren.
Note |
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ACHTUNG |
Der Einsatz von Oberflächenwasser oder salzhaltigen Gewässern ist nicht erlaubt. Erste Hinweise über eine mögliche Nutzung des Grundwassers können bei den örtlichen Wasserversorgungsunternehmen erfragt werden.
Wasser/Wasser-Wärmepumpen mit geschweißtem Edelstahl-Spiralwärmetauscher (Tab. 4.1)
Eine Wasseranalyse bezüglich Korrosion des Verdampfers ist nicht erforderlich, wenn die Grundwassertemperatur im Jahresmittel unter 13 °C liegt. In diesem Fall müssen nur die Grenzwerte für Eisen und Mangan eingehalten werden (Verockerung). Bei Temperaturen über 13 °C (z.B. Abwärmenutzung) ist eine Wasseranalyse gemäß Tab. 4.2 durchzuführen und die Beständigkeit für den Edelstahlverdampfer der Wärmepumpe nachzuweisen. Wenn in der Spalte „Edelstahl" ein Merkmal negativ „-" oder zwei Merkmale „0" sind, ist die Analyse als “Negativ” zu bewerten.Wasser/Wasser-Wärmepumpen mit kupfergelötetem Edelstahl-Plattenwärmetauscher Unabhängig von den rechtlichen Bestimmungen ist zwingend eine Wasseranalyse gemäß Tab. 4.2 durchzuführen, um die Beständigkeit für den kupfergelöteten Verdampfer der Wärmepumpe nachzuweisen. Wenn in der Spalte „Kupfer" ein Merkmal negativ „-" oder zwei Merkmale „0" sind, ist die Analyse als “Negativ” zu bewerten.
Info |
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HINWEIS Wird die geforderte Wasserqualität nicht erreicht oder kann diese nicht dauerhaft garantiert werden, ist zu empfehlen eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Zwischenkreis einzusetzen. |
Beurteilungsmerkmal
Konzentrationsbereich (mg/l)
Kupfer
Edelstahl> 13 °C
Beurteilungsmerkmal
Konzentrationsbereich (mg/l)
Kupfer
Edelstahl> 13 °C
Dimensioning table of the minimum required well pumps for water / water heat pumps for W10 / W35 for standard systems with closed wells. The final definition of the well pump must be made in consultation with the well builder.
Info |
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NOTE The motor protection switch built into the WI 10 - WI 22TU heat pumps must be set to the nominal data of the well pump used during installation. |
Note |
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ATTENTION If another well pump is used in the WI 10 - WI 22TU heat pumps, the motor protection switch must be checked on site and replaced if necessary. |
4.2 Water quality requirements
Regardless of the legal regulations, the groundwater must not contain any settable substances and the iron (<0.20 mg / l) and manganese (<0.10 mg / l) limit values must be observed in order to prevent the heat source system from becoming clogged . Experience shows that soiling with grain sizes over 1 mm, especially with organic components, can easily lead to damage. Grainy material (fine sand) does not settle if the specified water flow rates are adhered to. The dirt trap included in the scope of delivery of the heat pump (mesh size 0.6 mm) protects the evaporator of the heat pump and must be installed directly at the inlet of the heat pump.
Note |
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ATTENTION |
The use of surface water or salty waters is not permitted. Initial information about a possible use of the groundwater can be obtained from the local water supply company.
Water / water heat pumps with welded stainless steel spiral heat exchanger (Tab.4.1)
A water analysis regarding corrosion of the evaporator is not necessary if the annual mean temperature of the groundwater is below 13 ° C. In this case, only the limit values for iron and manganese have to be complied with (ocher formation). At temperatures above 13 ° C (e.g. waste heat recovery), a water analysis must be carried out in accordance with Tab.4.2 and the resistance of the stainless steel evaporator of the heat pump must be verified. If one characteristic is negative “-” or two characteristics are “0” in the “Stainless steel” column, the analysis is to be assessed as “Negative”.Water / water heat pumps with copper-brazed stainless steel plate heat exchangers Irrespective of the legal provisions, a water analysis according to Tab. 4.2 must be carried out in order to prove the resistance for the copper-soldered evaporator of the heat pump. If one characteristic is negative “-” or two characteristics are “0” in the “Copper” column, the analysis is to be assessed as “Negative”.
Info |
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NOTE If the required water quality is not achieved or if this cannot be guaranteed over the long term, we recommend using a brine / water heat pump with an intermediate circuit. |
Assessment criterion | Concentration range (mg / l) | copper | Stainless steel> 13 ° C |
| Assessment criterion | Concentration range (mg / l) | copper | Stainless steel> 13 ° C |
settable substances (organic) |
| 0 | 0 |
| Sauerstoffoxygen | < 2 <2 | + | + |
Ammoniak ammonia | < 2 <2 | + | + |
| Schwefelwasserstoff Hydrogen sulfide (H2S) | < 0,<0.05 | + | + |
Chloridchloride | < 300 <300 | + | + |
| HCO3- / SO44th2- | < 1 <1 | 0 | 0 |
elektrelectr. Leitfähigkeitconductivity | < 10 <10 µS / cm | 0 | 0 |
| Hydrogenkarbonat Hydrogen carbonate (HCO3-) | < 70 <70 | 0 | + |
Eisen Iron (Fe) gelöst< 0,dissolved | <0.2 | + | + |
| Aluminium Aluminum (Al) gelöst< 0,dissolved | <0.2 | + | + |
freie free (aggressive) Kohlensäurecarbon dioxide | <5 | + | + |
| SULFATESULPHATES | bis up to 70 | + | + |
MANGAN (Mn) gelöst< 0,released | <0.1 | + | + |
| SULPHIT SULPHITE (SO3), freiesfree | < 1<1 | + | + |
NITRATE NITRATES (NO3) gelöstsolved | < 100 <100 | + | + |
| Chlorgas Chlorine gas (Cl2) | < 1 <1 | + | + |
PH -Wert< 7,value | <7.5 | 0 | 0 |
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Tab 4.2: Beständigkeit von kupfergelöteten oder geschweißten Edelstahl-Plattenwärmetauschern gegenüber Wasserinhaltstoffen „+" normalerweise gute Beständigkeit; „0" Korrosionsprobleme können entstehen, insbesondere, wenn mehrere Faktoren mit 0 bewertet sind; „-" von der Verwendung ist abzusehen; [< kleiner als, > größer als]
Info |
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HINWEIS Brunnenanlage regelmäßig auf Inkrustationen, Verockerung und Beläge kontrollieren, bei Bedarf Gegenmaßnahmen ergreifen. |
4.3 Erschließung der Wärmequelle
4.3.1 Direkte Nutzung von Wasser mit gleichbleibend guter Qualität
Wasser mit Temperaturen zwischen 7 °C und 25 °C kann direkt mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe genutzt werden, wenn die Verträglichkeit des Grund- bzw. Kühl- oder Abwassers nach Tab. 4.2 nachgewiesen wurde. Bei negativer Beurteilung der Wasserqualität oder bei veränderlicher Wasserqualität muss eine Wärmepumpe mit Zwischenkreis (siehe Kap. 4.3.2 ff) zum Einsatz kommenResistance of copper-brazed or welded stainless steel plate heat exchangers to water constituents "+" normally good resistance; "0" Corrosion problems can arise, especially if several factors are rated with 0; "-" should not be used; [<less than,> greater than]
Info |
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NOTE Regularly check the well system for incrustations, clogging and deposits, take countermeasures if necessary. |
Even if the limit values for the water quality specified in Table 4.2 are adhered to, constant deposits of iron, manganese and lime can impair the performance of the heat pump, up to and including complete failure of the well and heat pump system. Therefore, the well system must be checked regularly and, if necessary, the well pump system cleaned.
4.3 Development of the heat source
4.3.1 Direct use of water of consistently good quality
Water with temperatures between 7 ° C and 25 ° C can be used directly with a water / water heat pump if the compatibility of the groundwater, cooling water or wastewater has been proven according to Tab. 4.2. In the event of a negative assessment of the water quality or if the water quality changes, a heat pump with an intermediate circuit (see Section 4.3.2 ff) must be used.
4.3.1.1
Wärmequelle GrundwasserFörderbrunnen Das Grundwasser, das der Wärmepumpe als Wärmequelle dient, wird dem Erdreich über einen Förderbrunnen entnommen. Die Brunnenleistung muss eine Dauerentnahme für den minimalen Wasserdurchfluss der Wärmepumpe gewährleisten.
Schluckbrunnen Das von der Wärmepumpe abgekühlte Grundwasser wird über einen Schluckbrunnen dem Erdreich wieder zugeführt. Dieser muss in Grundwasserfließrichtung mindestens 15 m hinter dem Förderbrunnen gebohrt werden, um einen „Strömungskurzschluss" auszuschließen. Der Schluckbrunnen muss die gleiche Wassermenge aufnehmen können wie der Förderbrunnen liefern kann.
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HINWEIS |
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HINWEIS Vor der Inbetriebnahme der Wärmepumpe ist ein Probelauf der Primärpumpe von 48 Stunden durchzuführen um sicherzustellen, dass der Mindestvolumenstrom auf der Wärmequellenseite dauerhaft sichergestellt werden kann. Dies ist bei Anforderungen einer Inbetriebnahme zu bestätigen. |
Heat source groundwater
Extraction wells The groundwater, which the heat pump uses as a heat source, is taken from the ground via a well. The well output must ensure continuous extraction for the minimum water flow through the heat pump.
Inlet fountain The groundwater cooled by the heat pump is fed back into the ground via an injection well. This must be drilled at least 15 m behind the delivery well in the direction of the groundwater flow in order to exclude a "flow short circuit". The intake well must be able to absorb the same amount of water as the delivery well can deliver.
Info |
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NOTE |
Info |
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NOTEBefore commissioning the heat pump, a test run of the primary pump of 48 hours must be carried out to ensure that the minimum volume flow on the heat source side can be guaranteed over the long term. This must be confirmed when commissioning is required. |
Info |
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NOTE Underwww.glendimplex.de/foerderung/erdwaerme-service finden sie nähere Informationen rund um das Thema Erdwärmeyou will find more information about geothermal energy |
Abb
Fig. 4.1: Beispiel einer Einbindung der Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Förder- u. Schluckbrunnen
Example of an integration of the water / water heat pump with delivery and absorption wells
Info |
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NOTE The flow and return of the well system in the building must be equipped with diffusion-proof, fully glued insulation to avoid condensation |
4.3.1.2
Wärmequelle Abwärme aus KühlwasserTemperaturbereichBei der Nutzung von Wasser mit Temperaturen zwischen
Heat source waste heat from cooling water
Temperature range
When using water with temperatures between 8 ... 25 °C muss zuerst geklärt werden, ob das Kühlwasser in ausreichender Qualität und Menge zur Verfügung steht und in welchem Umfang die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme genutzt werden kann. Ist eine Verträglichkeit des Kühl- oder Abwassers nach Tabelle 4.2 permanent sichergestellt, kann eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe verwendet werden.
25 ° C, it must first be clarified whether the cooling water is available in sufficient quality and quantity and to what extent the heat generated by the heat pump can be used. If the compatibility of the cooling or waste water according to Table 4.2 is permanently ensured, a water / water heat pump can be used.
Note |
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ATTENTION If the heat source temperature can rise above 25 ° C, a temperature-controlled mixer must be provided which, at temperatures above 25 ° C, mixes a partial volume flow of the cooling water outlet with the cooling water. |
4.3.2
Indirekte Nutzung der Wärmequelle WasserKann die Verträglichkeit des Wassers nicht nachgewiesen werden bzw. besteht die Gefahr, dass sich die Qualität des Wasser verändern kann, so muss zum Schutz der Wärmepumpe ein Zwischenwärmeaustauscher vorgeschaltet werden. Der Zwischenkreis erhöht die Betriebssicherheit insbesondere, wenn eine Sole/Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz kommt und somit der Sekundärkreis mit Sole gefüllt wird. Eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Zwischenwärmetauscher sollte nur dann zur Anwendung kommen, wenn als Wärmeträger der Einsatz von Sole nicht zulässig ist und permanente Wassertemperaturen über 10 °C (z.B. Abwärme aus Produktionsprozessen) garantiert werden können.
Indirect use of water as a heat source
If the compatibility of the water cannot be proven or there is a risk that the quality of the water can change, an intermediate heat exchanger must be connected upstream to protect the heat pump. The intermediate circuit increases operational reliability, especially when a brine / water heat pump is used and the secondary circuit is thus filled with brine. A water / water heat pump with an intermediate heat exchanger should only be used if the use of brine as a heat transfer medium is not permitted and permanent water temperatures above 10 ° C (e.g. waste heat from production processes) can be guaranteed.
Info |
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NOTE As a rule, brine / water heat pumps should be used to extend the temperature range downwards and thus increase operational reliability. In the case of water / water heat pumps, the lower operating limit is already reached at an outlet temperature of 4 ° C. |
4.3.3
Projektierungsempfehlung Grundwasser / Zwischenkreis-WärmeübertragerSole-Wärmepumpe mit Zwischenkreis-Wärmeübertrager (WSI-Pakete)(Grundwassernutzung, geschlossenes System)
Minimale Soleaustrittstemperatur ist auf > 1°C zu stellen. Es muss ein Thermostat im Wärmequellenkreis vorgesehen werden, der die Wärmepumpe im Fehlerfall abschaltet (Anlegethermostat im Lieferumfang der WSI Pakete).
Wasser-Wärmepumpe mit Zwischenkreis-Wärmeübertrager
(Grundwassernutzung, offenes System)
Einbau eines Durchflussschalters wird empfohlen, da es zu zeitlichen Verzögerungen kommen kann bis genügend Grundwasser gefördert wird bzw. der Volumenstrom im Betrieb abrupt abreisen kann.
Wasser-Wärmepumpe mit Edelstahlspiral-Wärmeübertrager für Grundwasser
(Grundwassernutzung, offenes System)
Eine höhere Zuverlässigkeit der Wärmepumpenanlage ist durch einen Edelstahlspiral-Wärmeübertrager („Spirec") gegeben. Der Einsatz eines Durchflussschalters (DFS) trägt zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit bei
Planning recommendation groundwater / intermediate circuit heat exchanger
Brine heat pump with intermediate circuit heat exchanger (WSI packages)
(Use of groundwater, closed system)
The minimum brine outlet temperature must be set to> 1 ° C. A thermostat must be provided in the heat source circuit that switches off the heat pump in the event of a fault (strap-on thermostat included in the scope of delivery of the WSI packages).
Water heat pump with intermediate circuit heat exchanger
(Groundwater use, open system)
Installation of a flow switch is recommended because there can be time delays until sufficient groundwater is pumped or the volume flow can drop abruptly during operation.
Water heat pump with stainless steel spiral heat exchanger for groundwater
(Groundwater use, open system)
A stainless steel spiral heat exchanger ("Spirec") increases the reliability of the heat pump system. The use of a flow switch (DFS) contributes to a further increase in operational safety.
4.3.4
WärmeübertragerHeat exchanger (
Systemtrenner) zum Schutz der WärmepumpeDer externeSystem separator) to protect the heat pump
The external
Anchor | ||||
---|---|---|---|---|
|
Andernfalls sind geschraubte Plattenwärmeübertrager einzusetzen.
Der Wärmeaustauscher wird in Abhängigkeit der folgenden Parameter projektiert:
Wasserqualität
Temperatureinsatzbereich
Kälteleistung des eingesetzten Wärmepumpentyps
Wasserdurchsatz Primär- und Sekundärkreis
Info |
---|
HINWEIS Bei Nutzung von aggressiven Flüssigkeiten wie z.B. Meer- oder Prozesswasser müssen Titan-Plattenwärmeübertrager verwendet werden. |
Je nach Softwarestand der Wärmepumpenregelung kann der Einfrierschutz einer Sole/Wasser-Wärmepumpe verstellt werden. Bei einer Anhebung des Standardwertes von -8 °C auf +4 °C wird die Wärmepumpe bereits bei Soleaustrittstemperaturen unter +4 °C ausgeschaltet.
Montage der Wärmetauscher Für einen optimalen Wärmeübergang sind die Wärmetauscher im Gegenstromprinzip anzuschließen. Weiterhin sind diese vor Verschmutzungen zu schützen. Dazu ist jeweils vor dem Eintritt des Wärmeübertragers ein Schmutzfänger mit einer Maschenweite von ca. 0,6 mm zu installieren. Um die Übertragung von Körperschall und Schwingungen (z.B. Wärmequellenpumpe…) zu verringern, sollten Kompensatoren zum Einsatz kommen.
Wartung der Wärmetauscher Je nach Stärkegrad einer Verunreinigung des Wassers kann der Wärmeübertrager verschmutzen, wodurch seine Übertragungsleistung abnimmt. Um dies zu verhindern, sollte eine regelmäßige Reinigung stattfinden. Dabei kommt z.B. das sogenannte CIP-Verfahren (Cleaning-In-Place) zum Einsatz. Dabei wird der Wärmeübertragers vor Ort mit einer schwachen Säure, wie z.B. Ameisen-, Zitronen- oder Essigsäure gespült und so von Ablagerungen gereinigt.
The heat exchanger must be planned according to the heat pump used, the existing temperature level and the water quality. In the simplest case, the heat exchanger consists of PE pipes that are laid directly in the heat source and therefore do not require an additional heat source pump. This cost-effective alternative can be used if the volume of the heat source is sufficiently large (e.g. waste water basin, flowing water).
Otherwise, screwed plate heat exchangers are to be used.
The heat exchanger is configured depending on the following parameters:
Water quality
Operating temperature range
Cooling capacity of the type of heat pump used
Water flow primary and secondary circuit
Info |
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NOTE When using aggressive liquids such as sea or process water, titanium plate heat exchangers must be used. |
Depending on the software version of the heat pump control, the frost protection of a brine / water heat pump can be adjusted. If the standard value is increased from -8 ° C to +4 ° C, the heat pump is switched off at brine outlet temperatures below +4 ° C.
Assembly of the heat exchanger For optimal heat transfer, the heat exchangers must be connected using the counterflow principle. They must also be protected from contamination. For this purpose, a dirt trap with a mesh size of approx. 0.6 mm must be installed in front of the inlet of the heat exchanger. Compensators should be used to reduce the transmission of structure-borne noise and vibrations (e.g. heat source pumps ...).
Maintenance of the heat exchangers Depending on the degree of pollution in the water, the heat exchanger can become dirty, reducing its transmission capacity. Regular cleaning should take place to prevent this. For example, the so-called CIP process (cleaning-in-place) is used. The heat exchanger is rinsed on site with a weak acid such as formic, citric or acetic acid to remove deposits.
Heat pump |
| WI35TU | WI45TU | WI65TU | WI95TU | WIH120TU | WI 120TU | WI 180TU | |
Anschluss Erzeugerkreis | ZollConnection of the generating circuit | customs | 1 ½ " | 1 ½ " | 1 ½ " | 2 " | 2 " | 2 ½ " | 2 ½ " |
Heizwasserdurchsatz Heating water flow rate VHW | * m³ / h * | 5,.9 | 7,.9 | 11,.5 | 16,.9 | 21,.2 | 20,.6 | 22,.2 | |
Druckverlust Pressure loss ΔpHW | Pa10000 | 10,000 | 17900 | 9200 | 2450025000 | 25,000 | 36000 | 36000 | |
Erzeugerkreispumpe Generator circuit pump M16 |
| Stratos Para 30 / 1-12 ** | Stratos Para 30 / 1-12 ** | Magna3 40-80 F. | Magna3 40-120 F. | Magna3 50-120 F. | Magna3 65-80F | Magna3 65-80F | |
EinbaulängeInstallation length | mm | 180 | 180 | 220 | 250 | 280 | 340 | 340Eingangsignal | |
Input signal |
| 0-10V | 0-10V | 0-10V | 0-10V | 0-10V | 0-10V | 0-10V | |
freie Pressung free compression fP | m | 9,.0 | 6,.2 | 5,.0 | 3,.5 | 3,.2 | 2,.5 | 2,.0 | |
Anschluss connection | Zollcustoms | 1 ½ " | 1 ½ " | 2 ½ " | 2 ½ " | 3 " | 2 ½ " | 3 " | |
Wärmequellendurchsatz Heat source flow rate VBW | * m³ / h * | 7,.6 | 10 | 1414th | 23 | 28,.1 | 27,.7 | 42,.1 | |
Druckverlust Pressure loss ΔpBW | Pa | 22000 | 3700025000 | 25,000 | 55000 | 30820 | 21500 | 41500 | |
Brunnenpumpe Well pump M11* |
| Grundfos SP8A-3 | Grundfos SP14A-3 | Grundfos SP14A-3 | Grundfos SP30-2 | Grundfos SP30-2 | Grundfos SP30-2 | Grundfos SP46-2 | |
freie Pressung free compression fP | m | 10,.5 | 13,.3 | 11,.5 | 12,.0 | 11,.7 | 13,.4 | 13,.3 |
* Vorschlag Brunnenpumpe Suggestion for a well pump ** Ansteuerung mit Control with 0 – 10V Eingangssignal zwingend notwendig- 10V input signal absolutely necessary
Tab. 4.3: Übersichtstabelle der Overview table of the 2-Verdichter Wasser/Wasser-Wärmepumpen mit Erzeugerkreispumpen (im Lieferumfang der Wärmepumpe) und den minimal erforderlichen Brunnenpumpen bei W10/W35 für Standardanlagen mit verschlossenen Brunnen. Die endgültige Festlegung der Brunnenpumpe muss in Absprache mit dem Brunnenbauer erfolgen.
compressor water / water heat pumps with generator circuit pumps (included in the scope of delivery of the heat pump) and the minimum required well pumps for W10 / W35 for standard systems with closed wells. The final definition of the well pump must be made in consultation with the well builder.
Info |
---|
NOTE We recommend checking the heat exchanger for contamination at least every two years. |
4.3.4.1
Edelstahl-Plattenwärmeaustauscher WTE 20 bis WTE 40Stainless steel plate heat exchangers WTE 20 to WTE 40
AbbFig.4.2: WTE 20 – WTE 37 WTE 20 - WTE 37
Abb Fig.4.3: WTE 40
Geräteinformation Edelstahl-Plattenwärmetauscher
Maße und Gewichte
Einheit
WTE 20
WTE 30
WTE 37
WTE 40
WTE 40
Device information stainless steel plate heat exchanger
mass and weight | unit | WTE 20 |
| WTE 30 |
| WTE 37 |
| WTE 40 |
|
Number of plates |
| 34 |
| 43 |
| 50 |
| 28 | Effektive Fläche |
Effective area | m² | 2,.69 |
| 3,.44 |
| 4,.03 |
| 3,.90 |
|
Volumenvolume | dm³ | 77th |
| 9 |
| 11 |
| 9 |
|
Höhe Height [H] | mm | 748 |
| 748 |
| 748 |
| 896 |
|
Breite Width [B] | mm | 200 |
| 200 |
| 200 |
| 283 |
|
Tiefe Depth [L] | mm | 270 |
| 320 |
| 420 |
| 437 | Netto Gewicht |
Net weight | kg | 67 |
| 71 |
| 76 |
| 132 | Brutto Gewicht |
Gross weight | kg | 74 |
| 80 |
| 87 |
| 143 |
|
Zubehör equipment |
| SZB 250 |
| SZB 300 |
| SZB 400 |
| SZB 400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary |
Mengelot | m³ / h | 4,.5 | 5,.8 | 7,.0 | 8,.0 | 8,.5 | 9,.3 | 11,.0 | 11,.0 |
EinlasstemperaturInlet temperature | °C° C | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 |
AuslasstemperaturOutlet temperature | °C° C | 8,.41 | 7,.00 | 8,.07 | 7,.00 | 7,.92 | 7,.00 | 7,.58 | 7,.00 |
DruckverlustPressure drop | Pa | 23740 | 30220 | 32110 | 37750 | 36630 | 37720 | 37610 | 32960Übertragene Leistung |
Transferred power | kW | 1818th |
| 2525th |
| 29 |
| 33 | Einlassstutzen |
Inlet port |
| F1 | F3 | F1 | F3 | F1 | F3 | F1 | F3Auslassstutzen |
Outlet port |
| F4 | F2 | F4 | F2 | F4 | F2 | F4 | F2Anschlüsse Sekundär |
Secondary connections |
| DN 32 (1 1/4 "AG) |
|
|
|
|
| DN 50 (2 "AG) | Anschlüsse Primär |
Connections primary |
| DN 32 (1 1/4 "AG) |
|
|
|
|
| DN 50 (2 "AG) | Plattenmaterial |
Plate material |
| 0.5 mm AISI 316 |
|
|
|
|
| 0.4 mm AISI 316 | Dichtungsmaterial |
Sealing material |
| NITRIL NITRILE HT HANG ON (H) / 140 |
|
|
|
|
|
|
|
Tab.4.4: Technische Daten geschraubte Edelstahl-Plattenwärmetauscher Technical data for screwed stainless steel plate heat exchangers WTE 20 - WTE 40
4.3.4.2
Edelstahl-Plattenwärmeaustauscher WTE 50 bis WTE 130Stainless steel plate heat exchangers WTE 50 to WTE 130
AbbFig.4.4: WTE 50 – WTE 100 WTE 50 - WTE 100
Abb Fig.4.5: WTE 130
Geräteinformation Edelstahl-Plattenwärmetauscher
Maße und Gewichte
Einheit
Device information stainless steel plate heat exchanger
mass and weight | unit | WTE 50 | WTE 75 | WTE 75 | WTE 100 | WTE 100 | WTE 130 | WTE 130 | Plattenzahl |
Number of plates |
| 33 |
| 51 |
| 62 |
| 52 |
|
Effektive FlächeEffective area | m² | 4,.65 |
| 7,.35 |
| 9,.00 |
| 11,.14 |
|
Volumenvolume | dm³ | 11 |
| 1717th |
| 21 |
| 31 |
|
Höhe Height [H] | mm | 896 |
| 896 |
| 896 |
| 946 |
|
Breite Width [B] | mm | 283 |
| 283 |
| 283 |
| 395 |
|
Tiefe Depth [L] | mm | 437 |
| 537 |
| 537 |
| 443 |
|
Netto GewichtNet weight | kg | 136 |
| 150 |
| 160 |
| 253 |
|
Brutto GewichtGross weight | kg | 147 |
| 167 |
| 171 |
| 284 |
|
Zubehör equipment |
| SZB 500 |
| SZB 750 |
| SZB 100 |
| SZB 1300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary | SekundärSecondary | PrimärPrimary |
Mengelot | m³ / h | 12,.8 | 12,.8 | 20,.4 | 20,.4 | 24,.0 | 24,.8 | 33,.8 | 33,.8 |
EinlasstemperaturInlet temperature | °C° C | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 | 5,.00 | 10,.00 |
AuslasstemperaturOutlet temperature | °C° C | 7,.67 | 7,.00 | 7,.64 | 7,.00 | 7,.75 | 7,.00 | 7,.65 | 7,.00 |
DruckverlustPressure drop | Pa | 38910 | 36400 | 38830 | 35380 | 39770 | 38960 | 40190 | 36720 |
Übertragene LeistungTransferred power | kW | 40 |
| 63 |
| 77 |
| 105 |
|
EinlassstutzenInlet port |
| F1 | F3 | F1 | F3 | F1 | F3 | F1 | F3 |
AuslassstutzenOutlet port |
| F4 | F2 | F4 | F2 | F4 | F2 | F4 | F2 |
Anschlüsse SekundärSecondary connections |
| DN 50 (2 "AG) |
|
|
|
|
| DN 65 (Flanschflange) |
|
Anschlüsse PrimärConnections primary |
| DN 50 (2 "AG) |
|
|
|
|
| DN 65 (Flanschflange) |
|
PlattenmaterialPlate material |
| 0.4 mm AISI 316 |
|
|
|
|
|
|
|
DichtungsmaterialSealing material |
| NITRIL NITRILE HT HANG ON (H) / 140 |
|
|
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Tab.4.5: Technische Daten geschraubte Edelstahl-Plattenwärmetauscher Technical data of screwed stainless steel plate heat exchangers WTE 50 - WTE 130
Rechtliche Hinweise Impressum