Bedarfsermittlung

Für die Bedarfsermittlung gibt es in der Praxis verschiedene Ansätze:

Für Wohngebäude erfolgt die Auslegung häufig nach DIN 4708-2 mithilfe der sogenannten N_L-Zahl (Leistungskennzahl einer Normalwohnung). Dieses für Heizkessel gültige Auslegungs- und Dimensionierungsverfahren kann bei Wärmepumpensystemen in der Regel jedoch nicht angewendet werden, da N_L-Zahlen der Speicher für die im Wärmepumpenbetrieb verwendeten Vorlauftemperaturen kauf zur Verfügung stehen.

Daher ist es sinnvoll, die Auslegung anhand benötigter Wärmemengen durchzuführen. Dabei sind mehrere, sich gegenseitig beeinflussende Faktoren zu beachten:

• der Tagesbedarf

• der Spitzenbedarf

• die zu erwartenden Verluste

• die zusätzlich zum Heizbetrieb zur Verfügung stehenden Heizleistung der Wärmepumpe unter Berücksichtigung vorhandener Zusatzheizer

Die erforderliche Leistung zur Trinkwassererwärmung muss je nach Speicherkonzept in der Bezugsperiode in Form von gespeichertem Trinkwarmwasser, von gespeichertem Heizwasser oder als Heizleistung des/der Wärmeerzeuger zur Verfügung stehen.

Für die Auslegung müssen zunächst der maximale tägliche Trinkwassererwärmungsbedarf und das entsprechende Verbrauchsverhalten ermittelt werden.

Für diese Ermittlung können neben realen Verbrauchswerten auch durchschnittliche Zapfprofile verwendet werden. Diese sind in DIN EN 15 450 exemplarisch für drei Nutzergruppen dargestellt, sie können individuell erweitert werden und sind in der VDI 4645 im Anhang J abgebildet.

Aus dem Zapfprofil wird diejenige Bezugsperiode ermittelt, die den größten Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung aufweist. Eine gesonderte Berücksichtigung von Gleichzeitigkeitsfaktoren ist nicht erforderlich. Die der Bezugsperiode mit dem größten Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung zuzuordnende Wärmemenge dient als Grundlage für die Ermittlung der erforderlichen Speichergröße und wird wie folgt berechnet:

Open

Dabei ist:

Q_DPB = Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung während der gewählten Bezugsperiode [kWh]

n_NE = Anzahl der Nutzungseinheiten mit gleichem
Profil

Q_DP,NE = Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung einer Nutzungseinheit während der gewählten Bezugsperiode [kWh]

Bestimmung des Speichervolumens

Aus dem gesamten Energiebedarf während der gewählten Bezugsperiode ist die erforderliche Trinkwarmwassermenge zu errechnen:

 

Open

Dabei ist:

V_DPB = erforderliche Trinkwarmwassermenge während der gewählten Bezugsperiode [l]

Q_DPB = Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung während der gewählten Bezugsperiode [kWh]

c_w = spezifische Wärmekapazität
(bei Wasser: 1,163 Wh/(l · K))

ϑ_soll = Speichersolltemperatur [°C]

ϑ_KW = Kaltwassertemperatur [°C]

Bei der Dimensionierung der Speichergröße sind zusätzlich folgende Verluste zu berücksichtigen:

• Schichtverhalten während der Zapfung oder Nachladung
  Als Zuschlag für nicht nutzbares Speichervolumen aufgrund der Durchmischung können je nach Speicherprinzip 15% bis 20% auf das errechnete Speichervolumen angenommen werden

• Verluste über Zirkulationsleitungen
  Die Verluste der Zirkulationsleitungen sind objektspezifisch zu ermitteln. Sie erfordern ein zusätzliches Speichervolumen. Alternativ können auch die Zirkulationsverluste gemäß EnEV-Nachweis zum Ansatz gebracht werden.

Für Leitungsverluste ohne Zirkulation wird empfohlen, je Tag und Nutzeinheit Verluste in Höhe von 1 kWh Wärme anzusetzen:

Erforderliches Speichervolumen:

*mit f_TWE = 1,15 für 15 % Durchmischungsverlust bei der Speicherung des Trinkwassers
sowie f_TWE = 1,20 für 15 % Durchmischungsverlusten und 5 % Aufschlag für die Wärmeübertragung bei der Speicherung des Heizwassers

→ Aus Herstellerangaben wird ein Speicher gewählt, der mindestens über das erforderliche Volumen V_Sp,min verfügt.

Berechnungsbeispiel Ausführliches Verfahren

Gegeben ist ein Mehrfamilienhaus mit zehn Wohneinheiten mit identischer Ausstattung. Jede Wohneinheit
verfügt über eine normale sanitäre Ausstattung mit Dusche.

Trinkwarmwasserbedarf

Für dieses Beispiel wird das Profil aus Tabelle J3 gewählt. Die Bezugsperiode, die den größten Energiebedarf
aufweist, ist der Zeitraum von 20:30 Uhr bis 21:30 Uhr.

In diesem Zeitraum werden für jede Wohneinheit 2,24 kWh für die Trinkwassererwärmung benötigt.

Über den gesamten Tag sind 5,845 kWh je Wohneinheit notwendig.

Der gesamte Energiebedarf während der Bezugsperiode mit dem größten Energiebedarf wird wie folgt ermittelt:

Der gesamte Energiebedarf des Tages wird wie folgt ermittelt:

Bestimmung des Speichervolumens

Aus dem gesamten Energiebedarf während der gewählten Bezugsperiode ist die erforderliche Trinkwarmwassermenge zu errechnen:

Bei der Dimensionierung der Speichergröße sind zusätzlich die im Folgenden genannten Verluste zu berücksichtigen:

Speicherwirkungsgrad

(Schichtverhalten während der Zapfung/Nachladung)

Als Zuschlag für nicht nutzbares Speichervolumen (Speicherwirkungsgrad) aufgrund der Durchmischung
werden für dieses Beispiel 15 % angesetzt.

Verluste über Zirkulationsleitung

Die Verluste der Zirkulationsleitung Q_Zirk wurden in diesem Beispiel den Berechnungen zum Energieausweis
nach EnEV entnommen und betragen 6,2 kWh/24 h. Bezogen auf die Dauer der Bezugsperiode mit dem größten Energiebedarf von 1 h sind sie mit 0,26 kWh in Ansatz zu bringen.

Erforderliches Speichervolumen

→ Es wird ein Speicherbehälter mit einem Inhalt von 500 l Trinkwarmwasser gewählt (WWSP 556)