VITOCAL 250A: optimaler Volumenstrom für optimale Effizienz/COP

[HaHu13]

Hallo, 

nach dem hydraulischen Abgleich meiner Anlage stellt sich nun die Frage nach einem optimalen Volumenstrom für optimale Effizienz (COP)

Da der tatsächliche Volumenstrom weit unter der %-Einstellung liegt, spreche ich von dem tatsächlichen anliegenden Durchfluss in L/min.

1) VIESSMANN fordert für ein funktionierendes Abtauen > 1000 L/min. 

2) z.B: erfordert die Hocheffizienz-WP LAMBDA EU13 als Mindestvolumen 1600L/min

3) Ist die Effizienz der WP nun höher/besser, wenn 1250L/min anliegen (Einstellung 95%) oder ist sie bei 975L/min (Einstellung 75%) besser.

Bitte um Euren Input.

Vielen Dank

HaHu

[mbauer666]

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@HaHu13  schrieb:

Hallo, 

nach dem hydraulischen Abgleich meiner Anlage stellt sich nun die Frage nach einem optimalen Volumenstrom für optimale Effizienz (COP)

Da der tatsächliche Volumenstrom weit unter der %-Einstellung liegt, spreche ich von dem tatsächlichen anliegenden Durchfluss in L/min.

1) VIESSMANN fordert für ein funktionierendes Abtauen > 1000 L/min. 

2) z.B: erfordert die Hocheffizienz-WP LAMBDA EU13 als Mindestvolumen 1600L/min

3) Ist die Effizienz der WP nun höher/besser, wenn 1250L/min anliegen (Einstellung 95%) oder ist sie bei 975L/min (Einstellung 75%) besser.

Bitte um Euren Input.

Vielen Dank

HaHu

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Ich denke es ist besser die Spreizung zwischen VL und RL zu beobachten. Oft ließt man das 4-5K Spreizung optimal sind, wenn du einen sehr hohen Volumenstrom hast bist du möglicherweise deutlich drunten, dann würde ich die Leistung der Pumpe etwas reduzieren. Spart ja auch wieder ein paar Watt.

Nur so ein Gedanke.

[JWolke]

Es kommt drauf an;)

Je nach Betriebszustand (AT und VL) ist eine besonders niedrige RL von Vorteil (Unterkühlung des Kältmittels). Das schlägt sich vor allem beim TW nieder. 
prinzipiell lässt sich sagen, dass je geringer die RL ist, desto mehr Wärme wird nicht „wegexpandiert“. Lässt sich recht gut an einem log-p-h-Diagramm nachvollziehen (z.B. tlk-energy

Bei der Reduktion der Pumpenleistung solltest du jedoch in den ersten Tagen kontrollieren, ob die 1.000 L/h auch erreicht werden (Abtauvorgang)…kommt halt auf die Verbindungsleitung zwischen innen und außen an.

 
Ansonsten: nach hydraulischem Abgleich (und mit genügend eigener Zeit), sollte nun ein thermischer erfolgen. Damit lässt sich die VL sicherlich nochmal um 1-2 K reduzieren;)

[JWolke]

Bzgl. der 5K:

Im Grunde ist dies nur die Vorgabe der Prüfungsnormierung. Da der COP hauptsächlich neben der AT, auch von VL („Temperaurhub“), RL (Unterkühlung), Last (%-Verdichter) abhängt, brauchte es da ebenfalls einen Standard.

Dazu wurde ich entschieden, eine „klassische“ FBH als Parameter zu  betrachten, die meist mit einer Spreizung von 5K betrieben wird. 

Die vorherige Norm bezog sich noch auf die TW-Erwärmung und sprach von 10K Spreizung (ich glaube es war die EN 255…aber nagelt mich bitte nicht auf den Namen fest). 
Zugleich waren zum damaligen Zeitpunkt häufig Kältmittelmischungen in den Kreisläufen, deren Bestandteile keinen gemeinsamen Kondensationspunkt hatten. D.h. für die vollständige Kondensation war es nötig, eine Mindest-Unterkühlung (ca. 7K) zu gewährleisten: Temperatur-glide 

[Viessi18]

Hallo,

ein interessantes Thema. Bitte korrgiert mich, wenn ich falsch liege.

Der Volumenstrom im ViGuide Webportal ist der Volumenstrom der Sekundärpumpe und je nach Stellung des 4-3 Wegeventils eben der Volumenstrom von der WW-Bereitung oder HZ.

Nach Aussagen hier im Forum soll die dadurch beinflusste Spreizung bei HZ optimsler Weise bei 4-5 K liegen und laut dem bei mir verwendeten Anschluss-Schema bei WW bei 7 K.

Beide Spreizungen werden durch den jeweiligen Sollwertparameter der Sekundärpumpe in der IDU eingestellt.

Die Primärpumpe im Kreis zwischen ODU und IDU kann ich nicht einstellen.

Was ich gerne verstehen würde ist, wie Primär- und Sekundärpumpe zusammen arbeiten und im Verhältnis stehen und dies im Zusammenhang mit Abtauvorgang. 

[HaHu13]

Hi @JWolke ,

Deiner Erklärung stimme ich aus Sicht Wärmetechnik zu.

Nur wenn ich beim TW (Trinkwasser) davon ausgehe, dass im Gegenstrom Wärmetauscher die Energie nicht vollständig an den Speicher abgegeben wird, steigt bei reduziertem Volumenstrom auch die RL-Temperatur gegenüber der akt. Speichertemperatur und damit auch die VL-Temperatur leicht an.

Somit kann ich durch die Reduktion des Volumenstroms die VL-Temp aus der Wärmepumpe und den RL-Temp aus dem Speicher nur anheben.

Wenn ich aber dagegen durch max. Volumenstrom eine möglichst geringe VL-Temperatur fahren will , ist im Endpunkt der TW-Beladung die Überhöhung der VL-Temperatur gegenüber der TW-Speichertemperatur geringer.
Aktuell habe ich bei der TW-Erwärmung eine VL/RL-Spreizung von ca. 4K bei 1280L/min
Im Heizbetrieb sind es 4K bei 1000L/min  

Mit einer um 1° reduzierten VL-Temp gewinne ich aber 2% COP-Effizienz. (abgesehen von den 10 Watt höherem Pumpenverbrauch)

 Wo ist bei meinem Gedankenmodell der Knackpunkt?

Danke HaHu

[JWolke]

Wen ich mich recht entsinne, ist die Primärkreispumpe eigentlich eine "Sekundäre" und nur bei den Modellen mit 2 HK verbaut. Die IDU hat ansonsten nur eine Pumpe, welche sowohl den Heizkreis als auch die ODU durchströmen lässt.

Bei uns ist die Spreizung des VL/RL an der ODU jedoch nicht durch irgendeinen SOLL-Wert manipulierbar, sondern maximal eine Folge des Volumenstroms - will heißen die Spreizung lässt sich nur indirekt beeinflussen und ist als Maximalwert an der ODU festgenagelt.

Die kann wiederrum zu einem sehr "lustigem" Zusammenspiel führen, wenn der Volumenstrom zu gering wird, und gleichzeitig die Wärmeanforderung recht hoch liegt.

Dann, so scheint es, "streiten" die PID-Regler (maximale Spreizung ODU und SOLL-VL IDU) sich recht dolle und es kommt zu einem ausgeprägten Schwingungsverhalten. Und das über die gesamte Betriebszeit hinweg:

Abtauverhalten

Beim Abtauen wird die Primärpumpe (also der gemischte HK) auf Minimum (20 %) gesetzt und die Sekundärpumpe (HK 1 und ODU) läuft mit der fest eingestellten PWM-Stellung. Da das Mischerventil auf den "kleinen Kreislauf" fährt, erhöht sich damit natürlich auch der Volumenstrom zwischen IDU und ODU., wobei aufgrund der min. Drehzahl etwas Volumen auch in den gemischten HK abgeführt wird.

Ich hoffe, dass hilft wenigstens etwas weiter?!

[JWolke]

@HaHu13 

Entschuldige bitte die späte Antwort. Erst war recht viel auf Arbeit los und dann ist es mir durchgerutscht....

Erst mal als Nachfrage, ob ich deine Frage richtig verstehe:

Gegenstromwärmeübertrager meint, du nutzt einen externen (Platten-)Wärmeübertrager (WÜ)?

Bei diesen kommt es neben der Temp. Spreizung u.A. auch auf die Strömungsverhältnisse an, also ob laminar, Übergangsbereich oder turbulent.

Bei höherem Vol.-Strom geht es natürlich in Richtung turbulent, womit sich die Effizienz des WÜ erhöht - die notwendige Übertemperatur sinkt dabei bzw. sinkt die primärseitige (Wärmepumpe) Rücklauftemperatur.

Zumindest theoretisch.

Nun zum ABER:

Der ganz Vorgang ist äußerst fließend im Übergang und es kommt neben den eigentlichen Strömungsverhältnissen auch auf die Größe des WÜ an.

Wenn nun ein recht großer WÜ verbaut ist, kann der Vol.-Strom ohne große temperaturtechnische Folgen sinken.

Die Rücklauftemperatur am Ende desd WÜ bleibt konstant, wird nur "später" im WÜ erreicht. Irgendwann ist natürlich das Ende der "Fahnenstange" (des WÜ) erreicht und die Rücklauftemp. steigt etwas an.

Da jedoch die SOLL-VL durch die IDU vorgegeben wird, sinkt entsprechend die Leistung der WP und die VL bleibt konstant. Zumindest bis zu dem Zeitpunkt des Erreichens der minimalen Leistungsstufe. Allerdings verlierst du dadurch auch etwas COP, da die Unterkühlung des KM schlechter wird.

Du wirst hingegen stets eine Mindestüberhöhung (Heizwasser zu TW) von 3K benötigen, damit überhaupt Wärme "fließen" bzw. übertragen werden kann, aber ich denke, dass ist keine Neuigkeit;).

In diesem Zusammenhang ergibt sich, dass wenn du die 3K festnagelst, dir nur noch der Vol.-Strom bleibt, um Leistung abzugeben (Q=m*cp*d_T, bzw. dot_Q = dot_m *c_p * d_T).

Die WW-Bereitung wird also tendenziell etwas schneller fertig sein.

Anders verhält es sich jedoch bei einem Wendel im Speicherwasser. Dort kann! eine längere Verweilzeit durchaus hilfreich sein, weil die Übertragungsleistung im Vergleich zum Platten-WÜ deutlich geringer ist.

Im (räumlichen!)Grenzbereich des Wendels (TW-seitig) bildet sich eine Übergangschicht (laminar) aus, wobei die "effektive" Temp.-Differenz sinkt--> die Übertragungsleistung sinkt. Da der Vol-Strom konstant ist wird demnach weniger Wärme an das TW pro Zeiteinheit abgegeben, womit der Rücklauf zur WP tendenziell wärmer wird.

Aber auch dabei sollte sich die VL-Temp. der WP nicht ändern, solange du nicht am unteren Ende der Modulationsgrenze angelangt bist...also nicht du, sondern die WP...

Ich hoffe, es ist was Brauchbares bei?!

[HaHu13]

Hallo @JWolke ,

vielen Dank für Deine sehr ausführliche Erläuterung des Wärmeüberganges, turbulenter Rohrströmung  und Co.
Erinnert mich sehr an meine Thermodynamik 2 Vorlesung. 😉 

Ich habe vor 2 Wochen erfolgreich meine 2C Anlage (2 UWP/2 Kreise) gegen eine 1C Anlage (1 UPW/1Kreis) getauscht. Damit habe ich nur 1 UWP welche die Zubringerpumpe zum Aussengerät ist und gleichzeitig  hausintern die FBH mit Heizwasser versorgt. (Massenstrom aussen gleich Massenstrom innen). 😉

Anhand Deinem T-Diagramm ist auch nachvollziehbar, warum die 1-Kreis Anlage bei mir einen um 25% besseren COP lieferte als die 2-Kreis Anlage. Ich hoffe darüber hinaus, dass beim nächsten SW-Update ein erhöhter Dämpfungsfaktor dieses Schwingverhalten des Regelkreises in den Griff bekommt.

Zurück:

Offenbar habe ich mit dem Begriff Gegenstrom WT große Verwirrung angerichtet. 
Lt. Kältekreis-Schema hat die Außeneinheit grundsätzlich einen Gegenstrom WT. Es wurde keinen zusätzlicher WT installiert.

Die Themen laminare/turbulente Strömung und  Zusammenhängen von Q=m*cp*d_T sind soweit klar. (z.B. 1100L/min x 1,16x 4K= 5,1kW beim heizen und 1400L/min x 1,16 x 5K = 8,1kW für TW Erwärmung

Meine Frage zielt daher ausschließlich auf den Wirkungsgrad des R290-Kältekreises bei den unterschiedlichen Unterkühlungs-/Überhitzungszuständen ab. Diese kann ich mit erzwungenem Massenstrom zwischen 1000L/min und 1200L/min bzw 1600L/min für TW ein wenig beeinflussen.  (Wohlwissend dass VIESSMANN für die Unterkühlung bzw. Überhitzung des Sauggases keinen Fixparameter einsetzt (z.B: 3K so wie LAMBDA) sondern den Kältekreis gemäß einer mehrdimensionalen Parametermatrix fährt. Diese stellt laut VIESSMANN Technik auch das Kern-Knowhow dar und wird daher nicht veröffentlicht.

Anders formuliert:

1) Kann ich mit merklich höherem Massenstrom und damit geringerer VL-Temp einen höheren COP erreichen?
(Die um 20W höhere Pumpenleistung sei außer acht gelassen)?

2) Kannst Du mir bitte deinen Begriff "thermischen Abgleich" kurz erklären.

Vielen Dank für Deine Hilfe

HaHu

Vielen Dank

Harald

[JWolke]

Guten Abend

Off-Topic

Es ist schön einen gleichgesinnten zur Thermodynamik zu finden ;). Die war bei mir (neben der Strömungsmechanik) auch der Grund für den Studiengangwechsel von Biotechnologie zur Verfahrenstechnik.

On-Topic

2) Das geht recht fix, da ich in nem anderen Thread das ganze schon mal dargestellt hatte...nur "kurz" geht dabei leider nicht;) (Seite 2 unteres Drittel, beginnt mit "So: das wird lang;) Thermischer Abgleich" für STRG+F)

zu 1)

Jetzt hab ich die Frage verstanden; Es kommt drauf an, welche Übertemperatur Viessmann in Bezug auf die TW-Erwärmung hinterlegt hat und in wie weit die maximal zulässige Spreizung der Außeneinheit eine Auswirkung haben wird. Dazu sei angemerkt, dass bei uns derzeit nur der Heizbetrieb läuft und TW noch über die alte Gastherme.

Ich nehme mal folgendes an:

a) die eingestellte TW-Temp. (45°C) wird mittels +4K im Vorlauf als Zielgröße dargestellt. Dazu ergibt sich bspw. eine Ziel-VL von 49°C.

b) Es ist eine zulässige Spreizung von 5K hinterlegt. Zu Beginn der TW-Bereitung beträgt der RL zur ODU 30°C. Damit ergäbe sich eine VL von 35°C in Richtung WW-Speicher.

c) So wie ich es bisher gelesen habe, wird die nun die Pumpenleistung reduziert und ein Verdichterkennfeld angefahren, so dass die 49°C recht zügig erreicht werden (anderenfalls würde der Speicher ja auch gut durchgemischt) - die 5K werden also "überschrieben"

Ergebnis

Dein Zielmassenstrom wird wenig/keine Auswirkung auf die notwendige VL-Temp. haben; Da ist der Einfluss der Hydraulik deutlich gewichtiger. Allerdings hat der Massenstrom einen recht hohen Einfluss auf die RL-Temp. und dabei ist es gerade bei geringen AT zielführend eher in Richtung der Unterkühlung zu kommen, da anderenfalls der Verdichter in einen schlechteren Wirkungsgrad rutscht.

D.h. der Einfluss der Kompression auf die Erhöhung der KM-Temp. reduziert sich zugunsten der "klassischen" Reibungswärme. Der Verdichter wird also immer mehr zum "Heizstab", wobei dazu das Verhältnis der jeweiligen Drücke maßgeblich ist. (1:3 ist ein recht guter Zielkorridor).

Evtl. hilft es dennoch die Zieltemperatur der TW-Erwärmung zu verringern und dann den Massenstrom zu erhöhen-->eine größere Durchmischung bereitet dann dennoch eine ausreichende Wärmemenge im TW-Bereich. Jedoch gilt es dann je nach System (Speicherwasser, Hygienespeicher, FriWa) in den ersten Tagen/Wochen ein recht engmaschiges Monitoring zu betrieben (Temp., Verweilzeit bei Speicherwasser) um die Hygieneanforderungen erreichen zu können.

Exkurs Heizbetrieb

Wenn dein Heizsystem noch ausreichend Wärme abgeben kann, dann ist hingegen eine höherer Massenstrom und geringere VL-Temp. anzustreben; Ich würde jedoch versuchen nicht unter eine Spreizung von 3K zu rutschen, da ansonsten die Überhitzung mit gut >13K sehr großzügig ausfällt. Die hilft jedoch nicht wirklich weiter, um den COP wieder rauszureißen (minimale Verbesserungen gibt es dennoch), aber die Verlustleistung der ODU steigt an, da die KM-Leitungen nicht gedämmt sind und die Materialbeanspruchung steigt (Minimal!). Die Unterkühlung ist dabei deutlich effektiver

Als gute "Spielwiese" (für beide Betriebsarten) kann ich die Website der tlk-energy empfehlen (quasi dynamisches log p-h Diagramm)

Ich hoffe es hilft?!

Grüße