Wärmepumpe

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Wärmepumpe

Unser Haus ist ein Haus Baujahr 1921 und laut Heizungsbauern (3 Stück gefragt) für eine Wärmepumpe nicht geeignet.
Tja, ich konnte nicht hören, daher heizen wir seit Winter 2022 mit einer industriellen 16 kW Wärmepumpe (Anschlusswert etwa 4 kW).
mir reicht das.

Die Grunddaten

2 Stockwerke + Dachgeschoss mit 225m² + 40m² geheizt im Nebengebäude

Alte Heizkörper, in den beiden Bädern Fußbodenheizung (zusammen ~25 m²)

  • Gewölbekeller (nicht gedämmt)
  • Erdgeschoss
    • Eingangstür undicht
    • Fenster recht undicht (Dichtungen getauscht -> Sucht Fensterdichtungen)
      beides etwa 50 Jahre alt
  • 1 OG
    • neue Fenster
  • DG
    10 cm Zwischensparrendämmung
    10 cm Dämmung an den Stirnseiten
    Fußbodendämmung mit 10 mm Hanfmatten
  • Heizung:
    • 25 kW Ölheizung, Baujahr ~1995
    • Holz- Speicherofen im Esszimmer mit 70 kWh Speicherkapazität

Vorarbeiten

Die Heizkörpertemperatur mit der Ölheizung

  • Heizungsverlauf am Heizkoerper Vorlauftemperatur 55°C

  • Heizungsverlauf am Heizkoerper Vorlauftemperatur 45°C

So, was sieht man denn auf den Kurven?
Auf der Kurve mit einer Vorlauftemperatur von 55°C sieht man, dass die Temperatur am Vorlauf ein Mal auf etwa 55°C steil ansteigt und dann noch 3-4 mal auf etwas unter 40°C steigt um dann noch ein Mal auf 55°C zu heizen. Anschließend pendeln sich die Maxima bei unter 40°C ein und man hat nach jedem Peak 3 Impulse, bei denen das Ventil noch ein mal aufmacht. Alles in allem hat man nur ein Mal einen Peak über 50°C.
Auf der Kurve mit einer Vorlauftemperatur von 45°C sieht man, dass die Temepratur so gut wie nie über 35°C steigt, und dann einige Impulse mehr als bei 55°C hat. Würde diese Vorlauftemperatur nicht reichen, um den Raum aufzuheizen, wäre die Temperatur immer bei 45°C. Auch die gefühlte Raumtemperatur ist in Ordnung.

Wofür das Ganze? Ganz einfach, die häufigste Aussage zum Thema "Man kann keine Wärmepumpe im Altbau betreiben" ist, dass man die Räume nicht warm bekommt, weil die Vorlauftemperatur zu niedrig ist. Wie man hier sehen kann, würde sogar eine Vorlauftemperatur von 35°C ausreichen, um diesen Raum zu heizen. Der Versuch und das Ergebnis hat mich dramatisch mehr motiviert, auf eine Wärmepumpe zu setzen.

Die Leistung der Ölheizung

Im Winter habe ich mich neben die Ölheizung gesetzt (nennt man Home Office) und habe aufgeschrieben, wann sie an und ausgeht.
07:00 – 07:20 an
07:30 – 07:40 an
07:50 – 08:00 an usw.
Das heißt die Heizung ist 40 von 60 Minuten an.
Das Tastverhältnis ist also 66%.
66% von 25kW ist ~16kW.
Meine industrielle Wärmepumpe hat 16kW.
Den Rest muss der Holzofen und warme Kleidung erledigen.

Vergleich Energieträger

Vergleich Energieträger
Energieträger Heizwert Kosten Kosten je kWh
1 Liter Heizöl ~10 kWh 1,32 € / l 0,132 € / kWh
1 m³ Gas ~10-13 kWh 1,50 € / m³ 0,15 € / kWh
1 kg Brennholz ~ 4 kWh 0,35 € / kg 0,093 € / kWh
1 kg Holzbrickets ~ 5 kWh 0,45 € / kg 0,09 € / kWh
1 kWh Strom 1 kWh 0,40 € / kWh Äbhängig von Wirkungsgrad
bei 2.7: 0,148 € / kWh
Bei 5.0: 0,080 € / kWh

Die neue Wärmepumpe

hydraulischer Anschluss

Die Steuerung

Achtung! Ganz wichtig!
Die Wärmepumpe läuft auf 3 x 400 V Drehstrom / Starkstrom. Die Absicherung ist dürftig (meine ist mit 32 A abgesichert und ohne FI). Wenn ihr nicht wisst was ihr tut, oder auch nur den kleinsten Zweifel habt, ob das Richtig ist, was ihr tut: Lasst es! Ich verdiene mein Geld damit, an solchen Anlagen unter Spannung herumzuschrauben, ich weiß, was ich tue, und ich weiß, wann ich die Sicherung rausmachen muss. Eure Lieben werden es euch danken.
Nun viel Spaß.

Ich habe die Steuerung zwei mal aufgebaut. Ein mal zum Kennen lernen mit Relais Technik, ein Mal mit einer günstigen China SPS.

Relais basiert

  • Relaisbasierte Steuerung - Schaltplan

  • Relaisbasierte Steuerung - Anordnung Schaltschrank

Das erste Design ist recht einfach gewesen. Die alte Heizungssteuerung der Ölheizung hatte Ausgänge, die die Heizungspumpen direkt ansteuern können. Die Wärmepumpe hat überall den Hinweis dabei stehen, dass die Leistung nicht ausreichen könnte und man ein Relais nehmen soll. Theoretisch sollte das ohne Relais klappen, aber mit Relais ist das sicherer und gut für die Lebensdauer der Wärmepumpe. Also, langer Rede kurzer Sinn: Ein Schaltschrank für die Relais musste her. Als erstes musste der Schaltplan aufgezeichnet werden, und hier kommen die Anforderungen: 

1. Wenn die Wärmepumpe die Pumpen anfordert, müssen diese schalten
2. wenn die Wärmepumpe die Ventilumschaltung anfordert, müssen diese schalten
3. Wenn die alte Ölheizung die Pumpen anfordert, müssen diese schalten

Entsprechend Schaltlogiken aufstellen 

1. Pumpe Speicherladung = (Anfoderung Wärmepumpe und nicht Anforderung Ventile) oder Anforderung Ölheizung
2. Pumpe Heizung = (Anforderung Wärmepumpe und Anforderung Ventile) oder Anforderung Ölheizung
3. Anforderung Ventile = Anforderung Ventile (und korrekt verschaltet, das ist der Haken dran)

Das Klingt einfach, oder? Zu Bild Relaisbasierte Steuerung - Schaltplan:

  • Das Relais K1 schaltet die Pumpen an, das Relais K2 entscheidet, welche Pumpe läuft.
  • Das Relais K5 schaltet die Ventilposition um.
  • Die Relais K3.1 und K3.2 schalten wenn die Ölheizung anfordert die Pumpen zwangsweise ein

SPS basiert

  • SPS basierte Steuerung - Schaltplan

  • SPS basierte Steuerung - Anordnung im Schaltschrank

Hier kommt jetzt ausnahmsweise Werbung: Ich habe mir eine "billige China SPS" gekauft, hier die Quelle:
https://easyconplc.en.alibaba.com/minisiteentrance.html?spm=a2700.wholesale.0.0.449455c5P16pSi&from=detail&productId=1600679336907
Die von mir gewählte SPS "FX3U-16" ist aktuell leider nicht lieferbar, und ob das mitgelieferte Programm für die Programmierung wirklich so ganz original vom Lieferanten lizensiert ist, möchte und kann ich nicht beantworten. Es ist ein wenig fummelig gewesen das ganze zum Laufen zu bekommen. Unter Windows 10 laufen die RS 232 Treiber, aber das Programm nicht. Unter Windows 7 läuft der RS 232 Treiber nicht, aber das Programm.

Glücklicherweise hatte ich noch einen alten Windows 7 Rs 232 Treiber: File:Windows 7 RS232 Treiberpaket.zip
der taugt auch für die billigen China Arduinos unter Windows 7 und liegt schon seit 2018, also 5 Jahre auf meiner Festplatte :-D

Okay, ich bin abgeschweift, alles in allem ist die SPS ganz cool, wenn man weiß, wie es geht. Und so schwer ist es auch nicht. Es lädt zum Spielen ein, und man kann damit ein wenig "oldschool" SPS programmieren lernen.

Die Kosten

Die Kosten haben tatsächlich gut zur Planung gepasst. Ich habe die Wärmepumpen Kalkulation in verschiedene Bereiche geteilt. 

1. Wärmepumpe an sich 
 Wir haben uns für eine industrielle Wärmepumpe mit 17 kW Spitzenleistung entschieden. Wichtig ist hier zu beachten, es wird immer die Pumpleistung angegeben, die mit "irgendeinem Faktor" verrechnet herauskommt (eventuell die mittlere Jahresarbeitszahl? Könnte sein, müsste ich nachschauen). 
 Die kosten dafür: 6000 €
2. Installationsmaterial + Verbrauchsmaterial 
 Nicht zu vernachlässigen ist das Installationsmaterial. Hierunter fallen der "neue Schaltkasten", der dafür ist, die alte Ölheizung Hybrid zu betreiben (falls es nicht hätte funktionieren sollen), die elektrischen Umschaltventile, die Rohe und Fittinge und: die Gummiepuffer. Ja, stellt eure Wärmepumpe auf Gummipuffer, das dämpft die Schwingungen und hilft für einen leisen Betrieb zu sorgen. Bei mir kam noch ein wenig mehr Material hinzu, weil ich mir noch ein bisschen "Spielzeug" (elektrische Hutschienen Zeit- Schaltuhren in diversen Varianten, mehr Sicherungen usw...) gekauft habe. 
 Kosten: 1800 €
3. Werkzeuge 
 Ich habe mir Werkzeuge gekauft. Nicht nur für die Wärmepumpe, aber auch. 
 die beiden wichtigisten Geräte:
 1. eine Handpresszange für Fittinge V- und TH- Kontur
 2. eine hydraulische Presszange für V- Kontur.
 Ja, bei der Handpresszange fehlt mir nicht nur im rechten Oberarm bisschen was, sondern auch im Linken, das merke ich vor Allem bei Pressungen an Kupferrohr... 
 Ein Fehlkauf für mich war die Biegefeder für Verbundrohr. Ich bekomme die Rohre nicht gebogen. 
 Kosten: 600 €

Gesamtkosten: Rund 8400 €

Bedenkt, bei den Kosten eure persönlichen Bedingungen und was ihr verarbeitet. Ich habe keine Fittinge kaputt presst, alles hat auf Anhieb funktioniert. Das macht bei Kosten von teilweise 10 - 20 € pro Fitting sehr viel aus. Als Material habe ich 32er Verbundrohr (TH Fittinge) verwendet, die Übergänge sind mit Hanf und Fermit eingedichtet (ja, Werbung, aber ich kenne nur dieses Material... genau wie mein Großvater vor mir!).

Fazit

Der Stromverbrauch

Den Stromverbrauch habe ich auf zwei unterschiedliche Arten gemessen: 

1. Von Hand ablesen. Klingt banal, klappt aber. Einfach immer zur selben Uhrzeit (Abends gegen 19 Uhr) den Stromverbrauch ablesen. Ohne Wärmepumpe den Grundverbrauch auswerten, und dann mit Wärmepumpe.
2. Mit dem smarten Stromzähler meines Anbieters. Der schickt mir die Daten immer sehr schön in eine App. Hier stammen auch die Stundengenauen Daten her.

Bei allen Messungen ist unser Grundverbrauch einbezogen.

Was kann meine Wärmepumpe denn maximal? Das ist einfach, die Anschlussleistung ist 3,9 kW
Ergo: 3.9 * 24 = 93,6 kWh pro Tag
93,6 kWh * 30 Tage = 2808 kWh pro Monat (volle Leistung, Dauerbetrieb)

Stromverbrauch Monatsbasiert
Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember
Verbrauch [kWh] 2795 1647 1525 1199 719 555 523 604 -- -- 1291 2371
Kosten [€], Real, berechnet 893 526 439 340 230 177 167 193 173 567 412 757
Temperatur [°C] -- -- 7,2 9,0 15,2 21,3 20,7 19,8 -- -- -- --
Ölverbrauch,
geschätzt		 351 333 307 279 144 144 144 144 144 309 345 355
Ölkosten,
gemittelt		 379 360 332 302 156 156 156 156 156 309 345 355

Die Zahlen für den Preis sind mit dem Standardtarif bei uns gerechnet (den ich nicht mehr habe ;-) ), das sind etwa 32 Cent / kWh zum Zeitpunkt der Berechnung. Das sieht so aus, als wäre Öl günstiger, da aber unser Grundverbrauch mit rund 2000€ im Jahr enthalten ist, entspricht das einer Ersparnis von rund 400 €.


Stromverbrauch [kWh] Tagesbasiert, jeweils der Erste
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Januar
Februar 0,36 0,35 0,36 0,74 3,77 4,64 4,61 4,45 3,84 3,86 3,17 2,89 2,62 3,36 2,32 3,34 2,16 4,19 2,60 2,68 4,73 3,60 3,48 2,31
März 0,36 0,36 0,36 0,74 3,77 4,64 4,61 4,45 3,84 3,86 3,17 2,89 2,62 3,36 2,32 3,34 2,16 4,19 2,60 2,68 4,73 3,60 3,48 2,31
April 0,22 0,23 0,24 2,70 1,33 1,71 1,54 1,72 0,26 2,57 2,33 1,77 1,43 1,57 1,59 1,64 1,71 0,55 0,28 1,72 1,95 1,79 1,66 1,32
Mai 0,26 0,26 0,27 2,57 1,21 1,60 1,57 0,97 1,91 1,88 1,43 1,41 1,46 0,87 3,27 2,57 1,99 1,21 0,45 1,21 1,76 1,88 0,64 0,23
Juni 0,27 0,26 0,27 1,49 0,77 0,92 0,85 0,78 0,86 1,02 0,35 0,85 1,32 2,24 0,67 0,85 0,80 0,93 1,18 1,13 0,93 1,00 0,27 0,27
Juli 0,25 0,27 0,26 0,89 0,75 0,30 0,28 0,71 0,27 0,28 0,69 0,36 0,84 0,53 0,63 1,02 0,58 2,92 1,02 1,07 1,16 0,86 0,34 0,27
August 0,27 0,26 0,28 1,27 0,38 1,05 0,80 0,37 0,64 0,97 0,69 0,53 0,32 0,83 0,47 0,63 0,94 1,66 0,95 1,52 1,13 0,76 0,29 0,69
September 0,29 0,30 0,30 1,41 0,30 0,67 0,38 0,31 0,96 0,84 2,06 0,96 0,97 1,52 1,72 0,99 1,42 1,23 1,39 1,74 1,29 0,98 0,95 1,00
Oktober
November
Dezember

Puh... ganz schöne Tipperei :-) So, was fällt mir auf? Gegen 18 Uhr ist manchmal ein ganz schöner Peak drin, genauso kommt es manchmal abends, vor allem im Sommer vor, dass der Stromverbrauch gegen 19/20 Uhr noch mal steigt und dann bis 22 Uhr etwa hoch bleibt, wieso? Glückwunsch! Du hast die Koch- und Duschgewohnheiten gefunden!


Engergieoptimierung mit Photovoltaik- Anlage

Wir haben das ganze natürlich mit dem Vorsatz betrachtet, dass wir die Energie für die Wärmepumpe vom eigenen Dach holen. Entsprechend bekommt ihr hier die ersten beiden Diagramme zu sehen. Verglichen ist hier der Tagesverlauf des Verbrauchs ein Mal mit Speicher (Nennkapazität 9,2 kWh), ein Mal ohne Soeicher.

  • Stromverbrauch 07.10.23 mit Speicher

  • Stromverbrauch 01.10.23 ohne Speicher

Der Verbrauch bei beiden Diagrammen ist etwa 21 kWh. Allerdings konnten wir mit Speicher etwa 3 kWh einsparen. Allerdings sieht man auch, dass bei der Variante mit Speicher die Wärmepumpe schon deutlich mehr leisten musste, Morgens hat sie etwa 5kW gebraucht, eine Woche früher waren es noch 2.5 kW.


  • Stromverbrauch 03.12.23 ohne Sonne

  • Stromverbrauch 04.12.23 mit Sonne

Außerdem muss man dazu sagen, haben wir einen Tarif, bei dem wir Strompreise gemäß der Strombörse bezahlen. Das kann gut oder schlecht ausgehen, wir werden sehen...

Stromverbrauch Monatsbasiert, mit Strombörsen Tarif Monate Oktober 23 - September 24
Januar 24 Februar 24 März 24 April 24 Mai 24 Juni 24 Juli 24 August 24 September 24 Oktober 23 November 23 Dezember 23
Verbrauch [kWh] mit Solar 1940 910 - - - - - - - 430 1100 1680
Verbrauch [kWh] gesamt 2390 1360 - - - - - - - 833 1390 1870
Kosten [€], Strombörsen Tarif 447 195 - - - - - - - 100 259 355
Kosten [€], Kosten ohne Solar 551 292 - - - - - - - 193 328 395

Probleme

  • 25? Jahre alte Heizungspumpe muss ausgetauscht werden, der Durchfluss reicht nicht
  • Die Heizungspumpe muss regelmäßig eingeschaltet werden, bevor die Wärmepumpe läuft (Fehler in der Temperatursensorik durch „falsche Temperaturen“)
  • Die Ölheizung ist ein großer Wärmespeicher (hier laufen der Heizungs- und Warmwasser Kreis durch, daher haben aktuell beide noch immer die gleiche Temperatur, ein Kugelhahn bringt Abhilfe)

Der Komfort

Pros:

  • Die Fußbodenheizungen werden immer durchströmt, dadurch sind sie wärmer
  • Weniger Schwankungen in den Temperaturen (auf Grund niedriger Warmwassertemperatur merkt man das vor allem beim Spülen)
  • Ganz banal im Sommer: Man kann abends zum Duschen die Heizung noch mal schnell einschalten, weil die Steuerung im Haus ist

Cons:

  • Bei -12°C im Winter hat es tatsächlich nicht ganz gereicht. Das ist schade, aber kein Beinbruch. Nach etwa 5 Tagen ging die Temperatur in eine Richtung, bei der wir nicht mehr komfortabel hätten duschen können. Das heißt, die Temperatur ist von 45 °C Vorlauftemperatur auf 38 °C gefallen. Für die Zimmer hat es noch gereicht.

Anmerkungen

  • Gummipuffer unter der Wärmepumpe dämmen den Schall erheblich. Das Geräusch ist mit normalen Fenstern fast nicht hörbar.
  • Die An- Zeiten der Wärmepumpe sind kürzer als bei der Ölheizung, dadurch gibt es weniger Schwankungen
    Die Steuerung ist jetzt im Haus, dadurch kann man jederzeit wieder zuschalten um z.Bsp. Abends die Badewanne voll zu bekommen
  • Bei 3°C nachts und 11°C tagsüber reicht es schon (An- Aus Verhältnis etwa 1:3 = 15 Minuten pro Stunde)

Nützliche Links

Das was noch fehlt

Um ein bisschen mehr Leistung zu erhalten, gibt es viele Wege:

  • Eine Klimaanlage
    das sorgt dafür, dass wir im Sommer kühlen können und im Winter heizen können. Das ist nur eine Lösung für einzelne Zimmer, oder mit einer Multipslit Klimaanlage auch für mehrere.
  • Heizlüfter, die gibt es auch für die Wand, und das sogar in schick. Das ginge zur Not auch
  • Infrarotheizstrahler helfen leider nicht, da diese nur die gefühlte Raumtemperatur erhöhen, das hilft mir leider nicht.
  • Eine zweite, kleinere Wärmepumpe und industrielle Heizgebläse für Warmwasser. Hat den Vorteil, dass es kein Kältemittel im Haus gibt.
  • Ein neuer Heizungskessel mit einem zusätzlichen Elektroheizstab (3 kW sind es jetzt erst mal geworden).

Mein Schlusswort

  • Ich habe 3.5 Jahre geplant, gemessen und mich in die Thematik eingelesen.
  • Zur kalten Jahreszeit (Januar + Februar) könnte es sein, dass die Wärmepumpe nicht reicht!
  • Zukunftsplan ist, dass ich mit einer Multisplit Klimaanlage (mehrere Innengeräte an einem Außengerät) für den Winter zuheizen will (außer es langt diesen Winter).

Und ansonsten? Ich schreibe das hier jetzt rund 1 Jahr (September 23 ist jetzt) nach dem Einbau der Wärmepumpe. Die Bedenken, dass es nicht geht sind verflogen, die Ölheizung stillgelegt (noch ist sie drin) und es klappt wunderbar. Ich bin voll und ganz zufrieden.

Stand Mitte März 23:

  • Es hat diesen Winter gereicht. Ich habe einen Kessel gekauft, mit einem 3 kW Heizstab. Der kommt Anfang April in den Heizungskreis, und damit die alte Ölheizung und die Tanks endgültig raus. Das ist übringes irgendwo vorgeschrieben, dass die rausmüssen.
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