Warmwasserbereitung und maximale Rücklauftemperatur an der Wärmepumpe

[wpjm]

Situation:
Wir diskutieren mit mehreren Heizungsbauern die Auslegung einer Hybridheizung für eine Liegenschaft mit 35 Wohnungen und zentraler Warmwasserbereitung und einer Auslegungs-Raumheizlast von 140 kW. Die Verluste in der Warmwasserzirkulation betragen 10 kW. Ein Wert, der in größeren Bestandsgebäuden nicht ungewöhnlich ist und nur mit großem Aufwand zu reduzieren ist.

Eckdaten eines von Viessmann avisierten Systems:

•  WP-Kaskade mit 4 x Vitocal 250-A AWO-E-AC-AF 251.A19
• Gaskessel Vitocrossal 200 Typ CIB 146 kW
• FriWa: 2 x Vitotrans 353 Typ PBLA
• Heizspeicher für FriWa: 2 x Vitocell 100-E Typ SVPC, 750 l
• Heizspeicher für Raumheizung: Vitocell 050-HC EC-PRO Typ SH1000HA 1000 l

Wir müssen als Großanlage das Warmwassersystem mit 60°C im Vorlauf und 55°C im Zirkulations-Rücklauf betreiben. Der Heizspeicher für die FriWa soll mit 65°C betrieben werden, damit hat man ausreichend Leistung für die Auslegungs-Zapfrate.

Im Sommer wird die WP nur für die Warmwasserbereitung betrieben. Bei niedriger Zapfrate, z.B. nachts, wird die Rücklauftemperatur in den Heizspeicher für die FriWa 55°C betragen, und die WP muss 10 kW Wärmeleistung liefern mit 65°C Vorlauf und 55°C im Rücklauf.

Problem:
Ein Heizungsbauer meint: die WP kann 70°C Vorlauf, erlaubt aber maximal 55°C Rücklauftemperatur und würde deshalb im oben beschriebenen Betriebsfall abschalten. Wenn das stimmt, wäre die Warmwasserbereitung auch mit einer R290 WP nicht machbar.

Fragen:

• Was ist der limitierende Faktor bei der Rücklauftemperatur der Vitocal 250-A 251.A19 WP?
• Gibt es eine harte Grenze, wie der Heizungsbauer impliziert? Wenn ja, wo ist das spezifiziert ?
• Gibt es ein grundsätzliches Problem, eine Vitocal 250-A 251.A19 WP im Bereich von 65-67°C Vorlauf und 55-57°C Rücklauf zu betreiben?

[Franky]

Ich denke mal, dass die Rücklauftemperatur bei Speicherbetrieb  nicht begrenzt ist. Denn logischerweise dürfte die Rücklauftemperatur ziemlich genau der Speichertemperatur entsprechen.  

[wpjm]

In einem idealisierten log-p-h-Diagramm hängt der maximale Druck nur von der Kondensatoreintrittstemperatur ab. Die Verdampferaustrittstemperatur beeinflusst lediglich die Kompressoraustrittstemperatur. Dies ist leicht unter https://tlk-energy.de/phasendiagramme/druck-enthalpie nachvollziehbar. Aus einem konstruktionsbedingten Limit für den Druck ergibt sich eine maximale Vorlauftemperatur. Diese beträgt 70 °C bei der 250-A 251.A19 mit R290 als Kältemittel. Aus dem log p-h-Diagramm ist nicht direkt offensichtlich, warum es eine Limitierung bei hohen Rücklauftemperaturen geben sollte.

Das ist jedoch eine idealisierte Darstellung, denn in einer realen WP kommen etliche Effekte hinzu, die das Bild signifikant verändern können. Da die Bedenken von einem Fachmann geäußert wurden, muss ich sie ernst nehmen. Daher meine Frage an das Forum.

[qwert089]

Hallo,

existiert die Vitotrans schon in der Altanlage?

Sonst würde ich mit das nicht antun und ganz normale WW Speicher einbauen.

Bei deinem Anwendungsfall mit der Pflicht 60  Grad zu haben, bringt die Friwa keinerlei  Vorteile.

Ganz im Gegenteil, nur höhere Anschaffung, höhere Wartung und potentiell mehr Teile die  kaputt gehen können.

Will da jemand einen  möglichst hohen Umsatz machen ?

In den Planungsunterlage ist mit keinem Wort eine Maximale Rücklauf Temperatur erwähnt.

die 70 Grad werden nur bis -10 Grad erreicht.

Wo her hat der Heizungsbauer das?

Generell ist der Betrieb an der Leistungsgrenze nicht förderlich für die Lebensdauer des Verdichters und der Komponenten.

Wie wäre es 2 konventionelle Speicher in Reihe zu schalten.

Speicher 1 erwärmt die Vitocal z.b. auf 55 Grad.

Speicher 2 wird mit dem Gas Kessel auf 60 -65 Grad gehalten und gleicht die 10 kW aus.

Theoretisch könnte man die 10 kW  an vielen Tagen  unter Tags mit einer rein DC gekoppelten PV in das System bringen. So etwas kann man ganz ohne Bürokratie-Wahnsinn und Anträge einbauen, analog einer Solarthermie.

[wpjm]

---

@qwert089  schrieb:

In den Planungsunterlage ist mit keinem Wort eine Maximale Rücklauf Temperatur erwähnt.

Ich habe die "Planungsanleitung VITOCAL 250-A und 252-A" 6175107 DE 11/2024 noch einmal ausgiebig studiert. Eine maximale Rücklauftemperatur ist nicht explizit spezifiziert, sie ergibt sich jedoch m.E. aus dem Volumenstrom und der Temperaturspreizung.

7.12 Auswahl Speicher-Wassererwärmers
Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf Sekundärkreis
Für einen störungsfreien Betrieb der Wärmepumpe ist eine ausreichende Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf Sekundärkreis erforderlich. Richtwerte für die Temperaturspreizung zur Einregulierung des Volumenstroms bei leistungsgeregelten Wärmepumpen mit Inverter: 4 bis 5 K.

---

Der maximale Volumenstrom im Warmwasserladekreis wird durch die in der Inneneinheit verbaute Sekundärkreispumpe begrenzt. Diese ist auf Seite 19 spezifiziert und kann 1,8 m³/h bei einer Restförderhöhe von 140 mbar (1,7 m³/h bei 200 mbar) fördern. Bei 10 kW Heizleistung und 1.8 m³/h ergibt sich eine Spreizung von 4,8 K.

Bei einem geforderten Vorlauf von 65 °C als Zieltemperatur für den Warmwasserheizspeicher ergibt sich daraus eine maximale Rücklauftemperatur an der WP von ca. 60 °C. Das liegt signifikant oberhalb der FriWa-Rücklauftemperatur von 55 °C. Da sollte also noch ein Spielraum sein.

Frage: Ist die Argumentation so korrekt ? Oder übersehe ich etwas ?

[Franky]

Nach meinem Dafürhalten muss die Rücklauftemperatur ziemlich genau der Speichertemperatur entsprechen. Da der Wärmetauscher auch andersrum funktioniert.

[qwert089]

Für die FriWa muss der Puffer Speicher 5-7K wärmer als die WW Solltemperatur sein.

Wenn die Rücklauftemperatur der Zirkulation 55 Grad hat, wird der Rücklauf in Richtung Puffer ca 60 Grad haben.

Deine Berechnung mit der Spreizung könnte hinkommen.

Hier werden in ca 15 Minuten noch eine paar Optionen für WW Bereitung im MFH mit WP genannt.

https://youtu.be/4zAttQNeL5w?t=3518 

[Küstenpumpe]

Bei so hohen geforderten Temperaturen bin ich auch bei dem Vorschlag von 

@qwert089 

Mit: Zitat: 

Komponenten.

Wie wäre es 2 konventionelle Speicher in Reihe zu schalten.

Speicher 1 erwärmt die Vitocal z.b. auf 55 Grad.

Speicher 2 wird mit dem Gas Kessel auf 60 -65 Grad gehalten und gleicht die 10 kW aus.

[wpjm]

---

@qwert089  schrieb:

Hier werden in ca 15 Minuten noch eine paar Optionen für WW Bereitung im MFH mit WP genannt.

https://youtu.be/4zAttQNeL5w?t=3518 

---

Das Video ist ein Klassiker. Allerdings ist das von Werner Schenck bei t=3518 gezeigte Beispiel wohl kaum eine Warmwasseranlage für ein Wohngebäude. In diesem Fall gäbe es mit Sicherheit eine Zirkulation, und die Rücklauftemperatur wäre deutlich höher als die genannten 25 °C. Das spricht er dann auch 5 Minuten später bei t=3818 an. Mehr dazu in einem zweiten Post.

[wpjm]

---

@Küstenpumpe  schrieb:

Bei so hohen geforderten Temperaturen bin ich auch bei dem Vorschlag von @qwert089 

Wie wäre es 2 konventionelle Speicher in Reihe zu schalten.

Speicher 1 erwärmt die Vitocal z.b. auf 55 Grad.

Speicher 2 wird mit dem Gas Kessel auf 60 -65 Grad gehalten und gleicht die 10 kW aus.

---

In unserer Liegenschaft gehen etwa zwei Drittel der Wärme, die in das Warmwassersystem abgegeben wird, als Zirkulationsverluste verloren, während nur etwa ein Drittel in der gezapften Warmwassermenge als Nutzwärme enthalten ist. Der Warmwasserverbrauch in der Liegenschaft hat sich in den letzten 30 Jahren halbiert, was auf eine sinkende Bewohnerzahl bei gleichzeitig sinkendem Pro-Kopf-Verbrauch zurückzuführen ist. Bei konstanten Zirkulationsverlusten führt dies zu der schlechten Bilanz.

Die vorgeschlagene Hydraulik hat zur Folge, dass die WP faktisch nur zur Kaltwassererwärmung beiträgt, während der Gaskessel die gesamten Zirkulationsverluste trägt – auch im Sommer. Es ist m.E. kaum vermittelbar, den Gaskessel im Sommer permanent laufen zu lassen, da die WP in dieser Zeit auch bei 65 °C einen akzeptablen COP erreicht.

[qwert089]

Im Sommer und Übergangszeit dürfte es von den Kosten günstiger sein die Zirkulation mit der WP auszugleichen.

Im Winter mit COP 2 wird es finanziell weniger interessant sein.

@Flo_Schneider  wie schätzt du das mit der Rücklauftemperatur ein?

[wpjm]

---

@qwert089  schrieb:

Im Sommer und Übergangszeit dürfte es von den Kosten günstiger sein die Zirkulation mit der WP auszugleichen. Im Winter mit COP 2 wird es finanziell weniger interessant sein.

@Flo_Schneider: wie schätzt du das mit der Rücklauftemperatur ein?

---

Ganz in diesem Sinne scheint mir sinnvoll: Oberhalb des Bivalenzpunkts – im vorliegenden Fall bei 5-6 °C – sollte die WP die gesamte Wärme für die Warmwasserbereitung bereitstellen. Unterhalb des Bivalenzpunkts, wenn der Gaskessel ohnehin läuft, sollte dies der Gaskessel übernehmen und die WP primär zur Raumheizung beitragen. Ob das die Regelung hergibt, ist eine gute Frage, die aber in einem separaten Post angesprochen werden sollte.

An einer Viessmann-Äußerung bzgl. der Rücklauftemperatur bin ich natürlich auch sehr interessiert.

[Flo_Schneider · Accepted solution]

Wir geben hierzu an, dass es bei der Warmwasserbereitung eine ausreichende Temperaturspreizung von 4 - 5K geben zwischen Sekundär-Vor- und Rücklauf geben muss. Die Wärmepumpe würde eher Probleme bekommen, wenn die Rücklauftemperatur bei einer Vorlauftemperatur von 70°C nur 55°C betragen würde. 

Viele Grüße
Flo