Programm Dokumentation/Berechnung/Wärmepumpe: Unterschied zwischen den Versionen
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Epos (Diskussion | Beiträge) H13: Hilferubrik Berechnung aus EPOS-Plan (Stand 06.09.2026) |
Epos (Diskussion | Beiträge) H13: Hilferubrik Berechnung aus EPOS-Plan (Stand 06.09.2026) |
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<!-- EPOS-Plan Hilferubrik Berechnung | Seite: Wärmepumpe | Stand: 2026-09-06 (Fassung | <!-- EPOS-Plan Hilferubrik Berechnung | Seite: Wärmepumpe | Stand: 2026-09-06 (Fassung 3: LaTeX-Formeln und Legenden) | Rechenkern: | ||
EPOS.Kern/Allgemein/Simulation/SimulationWaermepumpe.cs, WaermequelleClass.cs, | EPOS.Kern/Allgemein/Simulation/SimulationWaermepumpe.cs, WaermequelleClass.cs, | ||
WaermequelleClass.Quellenwahl.cs, WaermesenkeClass.cs, ErdreichTemperatur.cs, | WaermequelleClass.Quellenwahl.cs, WaermesenkeClass.cs, ErdreichTemperatur.cs, | ||
| Zeile 55: | Zeile 55: | ||
== Formelzeichen und Parameter == | == Formelzeichen und Parameter == | ||
Die Schreibweise ist die der ganzen Rubrik: | Die Schreibweise ist die der ganzen Rubrik: <math>t</math> ist die Stunde des Jahres | ||
eine Leistung, | (1…8 760), <math>P</math> eine Leistung, <math>Q</math> eine Wärmemenge, <math>E</math> eine | ||
Weil eine Stunde lang ist, sind Leistung und Energie zahlengleich. Die Leistungszahl heißt in der | Strommenge, <math>\vartheta</math> eine Temperatur in Grad Celsius. Weil eine Stunde lang ist, sind | ||
Leistung und Energie zahlengleich. Die Leistungszahl heißt in der Stunde | |||
<math>\operatorname{COP}</math>, über das Jahr <math>\mathrm{JAZ}</math>. Ein Strich am Symbol | |||
(<math>P'_{\mathrm{th}}</math>) bezeichnet den Wert '''nach''' einer Kürzung. | |||
=== Parameter === | === Parameter === | ||
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! Symbol !! Bedeutung !! Einheit !! Herkunft | ! Symbol !! Bedeutung !! Einheit !! Herkunft | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{u}}</math>, <math>\vartheta_{\mathrm{o}}</math> || Quelltemperatur der zwei Kennfeld-Stützstellen, zwischen denen <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> liegt || °C || Kennlinien-Editor (Projektkopie des Katalogkennfelds) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{u}}</math>, <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{o}}</math> || Leistungszahl an diesen zwei Stützstellen || — || derselbe Kennfeldsatz | ||
|- | |- | ||
| | | <math>P_{\mathrm{th,u}}</math>, <math>P_{\mathrm{th,o}}</math> || thermische Leistung an diesen zwei Stützstellen || kW || derselbe Kennfeldsatz | ||
|- | |- | ||
| | | <math>P_{\mathrm{HS}}</math> || Heizstableistung des Moduls || kW || Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Kenndaten", Feld „P Heizstab" | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{biv}}</math> || Bivalenztemperatur || °C || Abschnitt „Spitzenlast und Betrieb"; '''Vorbelegung: 0 °C''' — sie gilt wörtlich | ||
|- | |- | ||
| | | <math>h_{\mathrm{von}}</math>, <math>h_{\mathrm{bis}}</math> || Sperrzeitfenster des Energieversorgers || h || derselbe Abschnitt, Felder „von" und „bis" | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{VL}}</math>, <math>\vartheta_{\mathrm{RL}}</math> || Vorlauf- und Rücklauftemperatur der Anlage || °C || Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Auslegung" | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{VL,Sp}}</math>, <math>\vartheta_{\mathrm{RL,Sp}}</math> || Vorlauf und Rücklauf des Quellpuffers || °C || Pufferspeicher (Projekt), Abschnitt „Eigenschaften" | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{HS}}</math> || Leistungszahl des Heizstabs || — || '''Konstante: 1''' — eine kWh Wärme kostet eine kWh Strom | ||
|- | |- | ||
| z || Verlegetiefe des Erdkollektors || m || Wärmequelle „Erdreich, Kollektor"; '''Vorgabe: 1,5 m''' bei „Sand feucht" | | <math>z</math> || Verlegetiefe des Erdkollektors || m || Wärmequelle „Erdreich, Kollektor"; '''Vorgabe: 1,5 m''' bei „Sand feucht" | ||
|- | |- | ||
| r || Ladepriorität des Moduls in der Ladeordnung || — || Simulationskonfiguration; '''Vorgabe: 20''' (Solarthermie 10, BHKW 30, Heizkessel 40) | | <math>r</math> || Ladepriorität des Moduls in der Ladeordnung || — || Simulationskonfiguration; '''Vorgabe: 20''' (Solarthermie 10, BHKW 30, Heizkessel 40) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>N_{\mathrm{max}}</math> || größte Zahl Module je Projekt || Stück || '''Konstante: 10''' | ||
|} | |} | ||
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! Symbol !! Bedeutung !! Einheit !! berechnet in | ! Symbol !! Bedeutung !! Einheit !! berechnet in | ||
|- | |- | ||
| t || Stunde des Jahres, 1…8 760 || — || Laufindex der Stundenschleife | | <math>t</math> || Stunde des Jahres, 1…8 760 || — || Laufindex der Stundenschleife | ||
|- | |- | ||
| | | <math>h_{\mathrm{T}}(t)</math> || Tagesstunde, 0…23 || — || aus <math>t</math> | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{Luft}}(t)</math> || Außentemperatur || °C || Klimadatenreihe (Eingang) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> || Quelltemperatur der Stunde || °C || Schritt 1, Quellentabelle; Rückfall (1) | ||
|- | |- | ||
| COP(t) || Leistungszahl der Stunde || — || (2) | | <math>\operatorname{COP}(t)</math> || Leistungszahl der Stunde || — || (2) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> || thermische Leistung der Stunde || kW || (3), gekürzt durch (5) und (7) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>P_{\mathrm{el}}(t)</math> || elektrische Leistung der Wärmepumpe || kW || (4), gekürzt durch (5) und (7) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{Q}}(t)</math> || Verdampferwärme, die die Quelle liefern muss || kWh || (6) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{Sp}}(t)</math> || Inhalt des Quellpuffers || kWh || Pufferspeicher (Eingang) | ||
|- | |- | ||
| k(t) || Kürzungsfaktor bei erschöpfter Quelle || — || (7) | | <math>k(t)</math> || Kürzungsfaktor bei erschöpfter Quelle || — || (7) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{verf}}(t)</math> || offener Bedarf der eigenen Senkenkette || kWh || Eingang aus der Kaskade | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{deck}}(t)</math> || in dieser Stunde gedeckte Wärme || kWh || (8) bzw. (9) | ||
|- | |- | ||
| E(t) || Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde || kWh || (8) bzw. (9) | | <math>E(t)</math> || Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde || kWh || (8) bzw. (9) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\Delta h(t)</math> || Zuwachs der Laufzeit — eine '''Vollbenutzungs'''stunde || h || (8) bzw. (9) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>E_{\mathrm{PV}}(t)</math> || noch freier PV-Überschuss der Stunde || kWh || Photovoltaikzweig (Eingang) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{lad}}(t)</math> || Ladepotenzial der Stunde || kWh || Schritt 5, Modustabelle; PV-Fall (10) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{Rest}}(t)</math> || nach Deckung, Ladung und Nachentladung offener Rest || kWh || Stundenschleife, vor dem Heizstab | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{HS}}(t)</math> || Wärme des Heizstabs || kWh || (11) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>E_{\mathrm{HS}}(t)</math> || Strom des Heizstabs || kWh || (12) | ||
|- | |- | ||
| | | <math>Q_{\mathrm{a}}</math> || Wärmeproduktion des Moduls im Jahr || kWh || Jahressumme | ||
|- | |- | ||
| | | <math>E_{\mathrm{a}}</math> || Strombedarf der Wärmepumpe im Jahr || kWh || Jahressumme | ||
|- | |- | ||
| | | <math>E_{\mathrm{HS,a}}</math> || Strombedarf des Heizstabs im Jahr || kWh || Jahressumme | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{biv,erg}}</math> || ermittelter Bivalenzpunkt || °C || (13) | ||
|- | |- | ||
| JAZ || Jahresarbeitszahl || — || (14) | | <math>\mathrm{JAZ}</math> || Jahresarbeitszahl || — || (14) | ||
|} | |} | ||
== Rechenweg == | == Rechenweg == | ||
Gerechnet wird im festen Jahresraster von '''8 760 Stunden'''. Höchstens | Gerechnet wird im festen Jahresraster von '''8 760 Stunden'''; <math>t</math> ist in allen | ||
Gleichungen dieser Seite die laufende Stunde des Jahres und wird deshalb in den Legenden nicht | |||
Anlagenpriorität nacheinander. | wiederholt. Höchstens <math>N_{\mathrm{max}} = 10</math> Module je Projekt gehen in die Rechnung | ||
ein; sie arbeiten in jeder Stunde in Anlagenpriorität nacheinander. | |||
=== Schritt 1 — Quelltemperatur je Stunde === | === Schritt 1 — Quelltemperatur je Stunde === | ||
| Zeile 160: | Zeile 163: | ||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
! Wärmequelle !! Quelltemperatur | ! Wärmequelle !! Quelltemperatur <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> | ||
|- | |- | ||
| Außenluft || | | Außenluft || <math>\vartheta_{\mathrm{Luft}}(t)</math> aus der Klimareihe | ||
|- | |- | ||
| Konstante Temperatur || der eingegebene Wert, für alle 8 760 Stunden | | Konstante Temperatur || der eingegebene Wert, für alle 8 760 Stunden | ||
| Zeile 168: | Zeile 171: | ||
| Erdreich, Erdsonde || konstant über das Jahr, aus dem Jahresmittel der Außentemperatur plus dem geothermischen Anteil über die Sondenlänge (VDI 4640 Blatt 1) | | Erdreich, Erdsonde || konstant über das Jahr, aus dem Jahresmittel der Außentemperatur plus dem geothermischen Anteil über die Sondenlänge (VDI 4640 Blatt 1) | ||
|- | |- | ||
| Erdreich, Kollektor || Jahreswelle nach Kusuda über die Verlegetiefe z und die Bodenart; ohne Werte gelten 1,5 m und „Sand feucht" | | Erdreich, Kollektor || Jahreswelle nach Kusuda über die Verlegetiefe <math>z</math> und die Bodenart; ohne Werte gelten 1,5 m und „Sand feucht" | ||
|- | |- | ||
| Quellprofil || 12 Monats-, 365 Tages- oder 8 760 Stundenwerte, auf das Jahresraster gekachelt (die Tagesvariante kalenderunabhängig) | | Quellprofil || 12 Monats-, 365 Tages- oder 8 760 Stundenwerte, auf das Jahresraster gekachelt (die Tagesvariante kalenderunabhängig) | ||
| Zeile 174: | Zeile 177: | ||
| CSV-Reihe || die eingelesene Reihe | | CSV-Reihe || die eingelesene Reihe | ||
|- | |- | ||
| Pufferspeicher || die gepflegte Quelltemperatur; sonst der Mittelwert (1). Ist der Puffer zugleich Senke eines anderen Erzeugers, folgt | | Pufferspeicher || die gepflegte Quelltemperatur; sonst der Mittelwert (1). Ist der Puffer zugleich Senke eines anderen Erzeugers, folgt <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> '''stündlich''' dem Speicherzustand an der Entnahmehöhe | ||
|} | |} | ||
: < | : <math>\displaystyle \vartheta_{\mathrm{Q}}(t) = \frac{\vartheta_{\mathrm{VL,Sp}} + \vartheta_{\mathrm{RL,Sp}}}{2}</math> (1) | ||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> – Quelltemperatur der Stunde [°C] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{VL,Sp}}</math> – Vorlauftemperatur des Quellpuffers [°C] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{RL,Sp}}</math> – Rücklauftemperatur des Quellpuffers [°C] | |||
Lässt sich eine Quelle nicht auflösen — kein Profil, keine lesbare Datei, kein gewählter Puffer —, | Lässt sich eine Quelle nicht auflösen — kein Profil, keine lesbare Datei, kein gewählter Puffer —, | ||
| Zeile 186: | Zeile 192: | ||
Das Kennfeld führt je Vorlauftemperatur Stützstellen aus Quelltemperatur, COP und thermischer | Das Kennfeld führt je Vorlauftemperatur Stützstellen aus Quelltemperatur, COP und thermischer | ||
Leistung, nach Quelltemperatur absteigend. Liegt | Leistung, nach Quelltemperatur absteigend. Liegt <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> | ||
zwischen den zwei umgebenden Stützstellen linear interpoliert — getrennt für COP und für die | '''innerhalb''' des Feldes, wird zwischen den zwei umgebenden Stützstellen linear interpoliert — | ||
Leistung: | getrennt für COP und für die Leistung: | ||
: < | : <math>\displaystyle \operatorname{COP}(t) = \operatorname{COP}_{\mathrm{u}} + \left( \operatorname{COP}_{\mathrm{o}} - \operatorname{COP}_{\mathrm{u}} \right) \cdot \frac{\vartheta_{\mathrm{Q}}(t) - \vartheta_{\mathrm{u}}}{\vartheta_{\mathrm{o}} - \vartheta_{\mathrm{u}}}</math> (2) | ||
:: <math>\operatorname{COP}(t)</math> – Leistungszahl der Stunde [–] | |||
:: <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{u}}</math>, <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{o}}</math> – Leistungszahl an der unteren und der oberen Stützstelle [–] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> – Quelltemperatur der Stunde [°C] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{u}}</math>, <math>\vartheta_{\mathrm{o}}</math> – Quelltemperatur der unteren und der oberen Stützstelle [°C] | |||
: < | : <math>\displaystyle P_{\mathrm{th}}(t) = P_{\mathrm{th,u}} + \left( P_{\mathrm{th,o}} - P_{\mathrm{th,u}} \right) \cdot \frac{\vartheta_{\mathrm{Q}}(t) - \vartheta_{\mathrm{u}}}{\vartheta_{\mathrm{o}} - \vartheta_{\mathrm{u}}}</math> (3) | ||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th,u}}</math>, <math>P_{\mathrm{th,o}}</math> – thermische Leistung an der unteren und der oberen Stützstelle [kW] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> – Quelltemperatur der Stunde [°C] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{u}}</math>, <math>\vartheta_{\mathrm{o}}</math> – Quelltemperatur der zwei Stützstellen [°C] | |||
: < | : <math>\displaystyle P_{\mathrm{el}}(t) = \frac{P_{\mathrm{th}}(t)}{\operatorname{COP}(t)}</math> (4) | ||
:: <math>P_{\mathrm{el}}(t)</math> – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>\operatorname{COP}(t)</math> – Leistungszahl der Stunde [–] | |||
Außerhalb des Feldes gilt: | Außerhalb des Feldes gilt: | ||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
! Lage von | ! Lage von <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> !! was gilt | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> ab der obersten Stützstelle || '''Kappung''' auf deren COP und Leistung — keine Extrapolation nach oben | ||
|- | |- | ||
| | | <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}(t)</math> unterhalb der untersten Stützstelle || zwei Wege, siehe unten | ||
|- | |- | ||
| nur EINE Stützstelle vorhanden || deren Werte gelten konstant | | nur EINE Stützstelle vorhanden || deren Werte gelten konstant | ||
| Zeile 231: | Zeile 248: | ||
! Betriebsart !! Bedingung !! Wirkung | ! Betriebsart !! Bedingung !! Wirkung | ||
|- | |- | ||
| teilparallel || | | teilparallel || <math>\vartheta_{\mathrm{Luft}}(t) \le \vartheta_{\mathrm{biv}}</math> || <math>P_{\mathrm{th}}(t) = 0</math> und <math>P_{\mathrm{el}}(t) = 0</math> — die Wärmepumpe ist aus | ||
|- | |- | ||
| parallel || — || die Wärmepumpe läuft weiter, der zweite Erzeuger unterstützt | | parallel || — || die Wärmepumpe läuft weiter, der zweite Erzeuger unterstützt | ||
|- | |- | ||
| alternativ || | | alternativ || <math>\vartheta_{\mathrm{Luft}}(t) < \vartheta_{\mathrm{biv}}</math> || <math>P_{\mathrm{th}}(t) = 0</math> und <math>P_{\mathrm{el}}(t) = 0</math> | ||
|} | |} | ||
Der Unterschied zwischen | Der Unterschied zwischen <math>\le</math> und dem strengen „kleiner" betrifft nur die Stunden mit | ||
Vorbelegungswert | exakter Gleichheit. Der Vorbelegungswert <math>\vartheta_{\mathrm{biv}} = 0</math> °C gilt | ||
Anlagen falsch rechnen, die diesen Wert bewusst führen. Steht eine alternativ betriebene Anlage auf | '''wörtlich''' — eine Ersatzregel für 0 würde die Anlagen falsch rechnen, die diesen Wert bewusst | ||
0 °C, weist der Lauf einmalig darauf hin. | führen. Steht eine alternativ betriebene Anlage auf 0 °C, weist der Lauf einmalig darauf hin. | ||
'''Sperrzeit''' — ist sie eingeschaltet und liegt die Tagesstunde im Fenster: | '''Sperrzeit''' — ist sie eingeschaltet und liegt die Tagesstunde im Fenster: | ||
: < | : <math>\displaystyle h_{\mathrm{von}} \le h_{\mathrm{T}}(t) < h_{\mathrm{bis}} \; \to \; P_{\mathrm{th}}(t) = 0 \; ; \quad P_{\mathrm{el}}(t) = 0</math> (5) | ||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math>, <math>P_{\mathrm{el}}(t)</math> – thermische und elektrische Leistung der Stunde; in der Sperrzeit beide 0 [kW] | |||
:: <math>h_{\mathrm{von}}</math>, <math>h_{\mathrm{bis}}</math> – Grenzen des Sperrzeitfensters [h] | |||
:: <math>h_{\mathrm{T}}(t)</math> – Tagesstunde, 0…23 [–] | |||
'''Wärmequelle Pufferspeicher''' — die Verdampferwärme muss aus dem Speicher kommen: | '''Wärmequelle Pufferspeicher''' — die Verdampferwärme muss aus dem Speicher kommen: | ||
: < | : <math>\displaystyle Q_{\mathrm{Q}}(t) = P_{\mathrm{th}}(t) - P_{\mathrm{el}}(t)</math> (6) | ||
:: <math>Q_{\mathrm{Q}}(t)</math> – Verdampferwärme, die die Quelle liefern muss [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>P_{\mathrm{el}}(t)</math> – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW] | |||
: < | : <math>\displaystyle Q_{\mathrm{Sp}}(t) < Q_{\mathrm{Q}}(t) \; \to \; k(t) = \frac{Q_{\mathrm{Sp}}(t)}{Q_{\mathrm{Q}}(t)} \; ; \quad P'_{\mathrm{th}}(t) = P_{\mathrm{th}}(t) \cdot k(t) \; ; \quad P'_{\mathrm{el}}(t) = P_{\mathrm{el}}(t) \cdot k(t)</math> (7) | ||
:: <math>k(t)</math> – Kürzungsfaktor bei erschöpfter Quelle [–] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{Sp}}(t)</math> – Inhalt des Quellpuffers [kWh] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{Q}}(t)</math> – geforderte Verdampferwärme aus (6) [kWh] | |||
:: <math>P'_{\mathrm{th}}(t)</math>, <math>P'_{\mathrm{el}}(t)</math> – gekürzte thermische und elektrische Leistung der Stunde [kW] | |||
Die tatsächlich entnommene Quellwärme wird dem Speicher abgezogen. Ist der Quellpuffer zugleich | Die tatsächlich entnommene Quellwärme wird dem Speicher abgezogen. Ist der Quellpuffer zugleich | ||
| Zeile 261: | Zeile 288: | ||
Gedeckt wird '''nur über Direktsenken'''; eine Anlage ohne Direktsenke lädt ausschließlich. Bei | Gedeckt wird '''nur über Direktsenken'''; eine Anlage ohne Direktsenke lädt ausschließlich. Bei | ||
einer reinen Ladeanlage tritt an die Stelle von | einer reinen Ladeanlage tritt an die Stelle von <math>Q_{\mathrm{verf}}(t)</math> der Bilanzraum | ||
des Puffers. | |||
: < | : <math>\displaystyle P_{\mathrm{th}}(t) < Q_{\mathrm{verf}}(t) \; \to \; Q_{\mathrm{deck}}(t) = P_{\mathrm{th}}(t) \; ; \quad E(t) = P_{\mathrm{el}}(t) \; ; \quad \Delta h(t) = 1</math> (8) | ||
:: <math>Q_{\mathrm{deck}}(t)</math> – in dieser Stunde gedeckte Wärme [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{verf}}(t)</math> – offener Bedarf der eigenen Senkenkette [kWh] | |||
:: <math>E(t)</math> – Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{el}}(t)</math> – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW] | |||
:: <math>\Delta h(t)</math> – Zuwachs der Laufzeit, hier eine volle Stunde [h] | |||
: < | : <math>\displaystyle P_{\mathrm{th}}(t) \ge Q_{\mathrm{verf}}(t) \; \to \; Q_{\mathrm{deck}}(t) = Q_{\mathrm{verf}}(t) \; ; \quad E(t) = \frac{Q_{\mathrm{verf}}(t)}{\operatorname{COP}(t)} \; ; \quad \Delta h(t) = \frac{Q_{\mathrm{verf}}(t)}{P_{\mathrm{th}}(t)}</math> (9) | ||
:: <math>Q_{\mathrm{deck}}(t)</math> – in dieser Stunde gedeckte Wärme [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{verf}}(t)</math> – offener Bedarf der eigenen Senkenkette [kWh] | |||
:: <math>E(t)</math> – Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde [kWh] | |||
:: <math>\operatorname{COP}(t)</math> – Leistungszahl der Stunde [–] | |||
:: <math>\Delta h(t)</math> – Zuwachs der Laufzeit als Vollbenutzungsstunde [h] | |||
Die Laufzeit wird also als '''Vollbenutzungsstunde''' geführt, nicht als Betriebsstunde. Ist | Die Laufzeit wird also als '''Vollbenutzungsstunde''' geführt, nicht als Betriebsstunde. Ist | ||
<math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> durch (5) oder (7) auf 0 gefallen, wächst sie nicht. | |||
=== Schritt 5 — Ladepotenzial und Leistungssteuerung === | === Schritt 5 — Ladepotenzial und Leistungssteuerung === | ||
| Zeile 275: | Zeile 315: | ||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
! Modus !! Ladepotenzial | ! Modus !! Ladepotenzial <math>Q_{\mathrm{lad}}(t)</math> | ||
|- | |- | ||
| laufzeitoptimiert (Vorgabe, auch bei unbekanntem Wert) || die volle thermische Leistung | | laufzeitoptimiert (Vorgabe, auch bei unbekanntem Wert) || die volle thermische Leistung <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> — lange Laufzeiten, wenig Takten | ||
|- | |- | ||
| leistungsoptimiert || '''0''' — die Wärmepumpe moduliert auf den Bedarf. '''Ausnahme:''' eine reine Ladeanlage ohne Direktsenke lädt wie im laufzeitoptimierten Fall, sonst stünde sie still | | leistungsoptimiert || '''0''' — die Wärmepumpe moduliert auf den Bedarf. '''Ausnahme:''' eine reine Ladeanlage ohne Direktsenke lädt wie im laufzeitoptimierten Fall, sonst stünde sie still | ||
| Zeile 284: | Zeile 324: | ||
|} | |} | ||
: < | : <math>\displaystyle Q_{\mathrm{lad}}(t) \le \min\left( P_{\mathrm{th}}(t) , E_{\mathrm{PV}}(t) \cdot \operatorname{COP}(t) \right)</math> (10) | ||
:: <math>Q_{\mathrm{lad}}(t)</math> – Ladepotenzial der Stunde [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{th}}(t)</math> – thermische Leistung der Stunde [kW] | |||
:: <math>E_{\mathrm{PV}}(t)</math> – noch freier PV-Überschuss der Stunde [kWh] | |||
:: <math>\operatorname{COP}(t)</math> – Leistungszahl der Stunde [–] | |||
Das PV-Budget wird '''hier nicht verbraucht''' — es geht nur als Obergrenze ein. Abgebucht wird | Das PV-Budget wird '''hier nicht verbraucht''' — es geht nur als Obergrenze ein. Abgebucht wird | ||
| Zeile 290: | Zeile 334: | ||
zweite Modul verbraucht, ohne dass eine kWh PV-Strom geflossen wäre. | zweite Modul verbraucht, ohne dass eine kWh PV-Strom geflossen wäre. | ||
Mit dem Vorgaberang r = | Mit dem Vorgaberang <math>r = 20</math> lädt die Wärmepumpe nach der Solarthermie (10), aber vor | ||
und Heizkessel (40) — sie profitiert vom leeren Speicher. | BHKW (30) und Heizkessel (40) — sie profitiert vom leeren Speicher. | ||
=== Schritt 6 — Heizstab === | === Schritt 6 — Heizstab === | ||
| Zeile 300: | Zeile 344: | ||
seine Heizstableistung begrenzt: | seine Heizstableistung begrenzt: | ||
: < | : <math>\displaystyle Q_{\mathrm{HS}}(t) = \min\left( Q_{\mathrm{Rest}}(t) , P_{\mathrm{HS}} \right)</math> (11) | ||
:: <math>Q_{\mathrm{HS}}(t)</math> – Wärme des Heizstabs in dieser Stunde [kWh] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{Rest}}(t)</math> – nach Deckung, Ladung und Nachentladung offener Rest [kWh] | |||
:: <math>P_{\mathrm{HS}}</math> – Heizstableistung des Moduls [kW] | |||
: < | : <math>\displaystyle E_{\mathrm{HS}}(t) = \frac{Q_{\mathrm{HS}}(t)}{\operatorname{COP}_{\mathrm{HS}}} = Q_{\mathrm{HS}}(t)</math> (12) | ||
:: <math>E_{\mathrm{HS}}(t)</math> – Strom des Heizstabs in dieser Stunde [kWh] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{HS}}(t)</math> – Wärme des Heizstabs aus (11) [kWh] | |||
:: <math>\operatorname{COP}_{\mathrm{HS}}</math> – Leistungszahl des Heizstabs [–], Konstante 1 | |||
Seine Wärme kostet Strom im Verhältnis '''1:1''' — der Heizstab hat keine Leistungszahl. Der | Seine Wärme kostet Strom im Verhältnis '''1:1''' — der Heizstab hat keine Leistungszahl. Der | ||
| Zeile 313: | Zeile 363: | ||
gemessen vor dem Heizstab. | gemessen vor dem Heizstab. | ||
: < | : <math>\displaystyle \vartheta_{\mathrm{biv,erg}} = \max_{Q_{\mathrm{Rest}}(t) > 0} \vartheta_{\mathrm{Luft}}(t)</math> (13) | ||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{biv,erg}}</math> – ermittelter Bivalenzpunkt [°C] | |||
:: <math>\vartheta_{\mathrm{Luft}}(t)</math> – Außentemperatur der Stunde [°C] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{Rest}}(t)</math> – offener Rest vor dem Heizstab; nur Stunden mit einem Rest zählen [kWh] | |||
Die '''Jahresarbeitszahl''' wird aus den Jahressummen gebildet und schließt den Heizstab ein: | Die '''Jahresarbeitszahl''' wird aus den Jahressummen gebildet und schließt den Heizstab ein: | ||
: < | : <math>\displaystyle \mathrm{JAZ} = \frac{Q_{\mathrm{a}}}{E_{\mathrm{a}} + E_{\mathrm{HS,a}}}</math> (14) | ||
:: <math>\mathrm{JAZ}</math> – Jahresarbeitszahl des Moduls [–] | |||
:: <math>Q_{\mathrm{a}}</math> – Wärmeproduktion des Moduls im Jahr [kWh] | |||
:: <math>E_{\mathrm{a}}</math> – Strombedarf der Wärmepumpe im Jahr [kWh] | |||
:: <math>E_{\mathrm{HS,a}}</math> – Strombedarf des Heizstabs im Jahr [kWh] | |||
== Grenzen und Annahmen == | == Grenzen und Annahmen == | ||
| Zeile 328: | Zeile 385: | ||
ausweist, gilt. | ausweist, gilt. | ||
* '''Keine Vorlauftemperatur-Regelung im Lauf.''' Das Kennfeld wird zu der Vorlauftemperatur | * '''Keine Vorlauftemperatur-Regelung im Lauf.''' Das Kennfeld wird zu der Vorlauftemperatur | ||
<math>\vartheta_{\mathrm{VL}}</math> ausgewertet, die an der Anlage steht; eine witterungsgeführte | |||
Heizkurve gibt es nicht. | |||
* '''Kein Kühlbetrieb''' in der Jahressimulation. Ein Kühlkennfeld lässt sich pflegen, es geht in | * '''Kein Kühlbetrieb''' in der Jahressimulation. Ein Kühlkennfeld lässt sich pflegen, es geht in | ||
die Wärmebilanz nicht ein. | die Wärmebilanz nicht ein. | ||
* '''Der Heizstab hat keinen eigenen Wirkungsgrad''' — | * '''Der Heizstab hat keinen eigenen Wirkungsgrad''' — | ||
<math>\operatorname{COP}_{\mathrm{HS}} = 1</math> nach (12). | |||
* '''Fünf Katalogspalten hat kein Leser''' (Befund W14a‑E‑8‑B2): Länge, Breite, Höhe, Gewicht und | * '''Fünf Katalogspalten hat kein Leser''' (Befund W14a‑E‑8‑B2): Länge, Breite, Höhe, Gewicht und | ||
Raumbedarf kommen aus dem VDI‑3805-Import, werden ins Projekt kopiert und im ganzen Bestand | Raumbedarf kommen aus dem VDI‑3805-Import, werden ins Projekt kopiert und im ganzen Bestand | ||
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* '''Höchstens zehn Module''' je Projekt. | * '''Höchstens zehn Module''' je Projekt. | ||
* '''Strompreis, Wärmepumpentarif und Kapitaldienst''' gehören zur Wirtschaftlichkeit; der Lauf | * '''Strompreis, Wärmepumpentarif und Kapitaldienst''' gehören zur Wirtschaftlichkeit; der Lauf | ||
liefert ihr die Strommengen | liefert ihr die Strommengen <math>E_{\mathrm{a}}</math> und <math>E_{\mathrm{HS,a}}</math>. | ||
== Ergebnisse und wo sie stehen == | == Ergebnisse und wo sie stehen == | ||
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* '''Simulationsergebnis, Reiter „Wärmepumpe"''' — je Modul Wärmeproduktion, Strombedarf, | * '''Simulationsergebnis, Reiter „Wärmepumpe"''' — je Modul Wärmeproduktion, Strombedarf, | ||
Laufzeit und Heizstabanteil; dazu die Ganglinien von Produktion, Strombedarf und | Laufzeit und Heizstabanteil; dazu die Ganglinien von Produktion, Strombedarf und | ||
Quelltemperatur | Quelltemperatur <math>\vartheta_{\mathrm{Q}}</math>. | ||
* '''Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht"''' — Deckungsanteil, Jahresarbeitszahl JAZ, | * '''Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht"''' — Deckungsanteil, Jahresarbeitszahl | ||
<math>\mathrm{JAZ}</math>, Vollbenutzungsstunden und der Stromverbrauch des Heizstabs. | |||
* '''Simulationsergebnis, Reiter „Ergebnis"''' — der Anteil der Wärmepumpe am Strombedarf. | * '''Simulationsergebnis, Reiter „Ergebnis"''' — der Anteil der Wärmepumpe am Strombedarf. | ||
* '''Simulationsprotokoll''' — Kappungen nach oben und unten mit Stundenzahl und Temperaturbereich, | * '''Simulationsprotokoll''' — Kappungen nach oben und unten mit Stundenzahl und Temperaturbereich, | ||
Version vom 6. September 2026, 21:32 Uhr
Was berechnet wird
Die Wärmepumpe hebt Umweltwärme auf Nutztemperatur. Der Lauf ermittelt für jede Stunde aus der Quelltemperatur und dem Kennfeld des Geräts die Leistungszahl (COP) und die thermische Leistung, deckt damit den offenen Bedarf, lädt Pufferspeicher und schreibt den zugehörigen Strombedarf fort. Dazu kommen der Heizstab als letzte Deckungsstufe, die Bivalenzregelung gegen einen zweiten Erzeuger und die Sperrzeiten des Energieversorgers.
Ergebnisgrößen sind die Wärmeproduktion, der Strombedarf der Wärmepumpe, der Strombedarf des Heizstabs, die Laufzeit, der ermittelte Bivalenzpunkt und die daraus gebildete Jahresarbeitszahl.
Eingangsgrößen
| Größe | Einheit | Herkunft im Programm |
|---|---|---|
| Offener Wärmebedarf je Kanal | kWh je Stunde | Ergebnis der vorgelagerten Kaskadenstufen |
| Außentemperatur | °C | Klimadatenreihe der Klimaregion, 8 760 Stundenwerte |
| Kennfeld: Quelltemperatur, COP, thermische Leistung je Vorlauftemperatur | °C, —, kW | Kennlinien-Editor der Wärmepumpe (Projektkopie des Katalogkennfelds) |
| Bauart (Luft/Wasser, Sole/Wasser, …) | — | Wärmepumpenkatalog, Feld „Typ" |
| Nennleistung | kW | Wärmepumpenkatalog |
| Heizstableistung | kW | Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Kenndaten", Feld „P Heizstab" |
| Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur | °C | Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Auslegung" |
| Heizstab ein/aus | — | Abschnitt „Spitzenlast und Betrieb", Schalter „Heizstab" |
| Sperrzeit ein/aus, von, bis | —, h | derselbe Abschnitt |
| Bivalenter Betrieb, Betriebsart, Bivalenztemperatur | —, °C | derselbe Abschnitt; die Bivalenztemperatur erscheint nur, wenn sie rechenwirksam ist |
| Wärmequelle (Außenluft, konstant, Erdreich, Quellprofil, CSV-Reihe, Pufferspeicher) | — | Simulationskonfiguration, Karte der Anlage, Chip „Wärmequelle" |
| Leistungssteuerung (laufzeit-, leistungs- oder PV-optimiert) | — | Simulationskonfiguration, Chip „Betriebsmodus" |
| Wärmesenken und Ladeaufträge | — | Simulationskonfiguration, Chips „Wärmesenke" und „Pufferspeicher" |
| Anlagenpriorität, Ladepriorität | 1…99 | Simulationskonfiguration; Vorgabe 20 für die Wärmepumpe |
| Extrapolation erlaubt | — | Projekteinstellung; Vorbelegung „erlaubt" |
Formelzeichen und Parameter
Die Schreibweise ist die der ganzen Rubrik: ist die Stunde des Jahres (1…8 760), eine Leistung, eine Wärmemenge, eine Strommenge, eine Temperatur in Grad Celsius. Weil eine Stunde lang ist, sind Leistung und Energie zahlengleich. Die Leistungszahl heißt in der Stunde , über das Jahr . Ein Strich am Symbol () bezeichnet den Wert nach einer Kürzung.
Parameter
Eingaben, Katalogwerte, Vorgaben und Konstanten. Sie ändern sich innerhalb eines Laufs nicht.
| Symbol | Bedeutung | Einheit | Herkunft |
|---|---|---|---|
| , | Quelltemperatur der zwei Kennfeld-Stützstellen, zwischen denen liegt | °C | Kennlinien-Editor (Projektkopie des Katalogkennfelds) |
| , | Leistungszahl an diesen zwei Stützstellen | — | derselbe Kennfeldsatz |
| , | thermische Leistung an diesen zwei Stützstellen | kW | derselbe Kennfeldsatz |
| Heizstableistung des Moduls | kW | Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Kenndaten", Feld „P Heizstab" | |
| Bivalenztemperatur | °C | Abschnitt „Spitzenlast und Betrieb"; Vorbelegung: 0 °C — sie gilt wörtlich | |
| , | Sperrzeitfenster des Energieversorgers | h | derselbe Abschnitt, Felder „von" und „bis" |
| , | Vorlauf- und Rücklauftemperatur der Anlage | °C | Dialog „Wärmepumpe", Abschnitt „Auslegung" |
| , | Vorlauf und Rücklauf des Quellpuffers | °C | Pufferspeicher (Projekt), Abschnitt „Eigenschaften" |
| Leistungszahl des Heizstabs | — | Konstante: 1 — eine kWh Wärme kostet eine kWh Strom | |
| Verlegetiefe des Erdkollektors | m | Wärmequelle „Erdreich, Kollektor"; Vorgabe: 1,5 m bei „Sand feucht" | |
| Ladepriorität des Moduls in der Ladeordnung | — | Simulationskonfiguration; Vorgabe: 20 (Solarthermie 10, BHKW 30, Heizkessel 40) | |
| größte Zahl Module je Projekt | Stück | Konstante: 10 |
Variablen
Größen, die der Lauf je Stunde oder je Modul bildet.
| Symbol | Bedeutung | Einheit | berechnet in |
|---|---|---|---|
| Stunde des Jahres, 1…8 760 | — | Laufindex der Stundenschleife | |
| Tagesstunde, 0…23 | — | aus | |
| Außentemperatur | °C | Klimadatenreihe (Eingang) | |
| Quelltemperatur der Stunde | °C | Schritt 1, Quellentabelle; Rückfall (1) | |
| Leistungszahl der Stunde | — | (2) | |
| thermische Leistung der Stunde | kW | (3), gekürzt durch (5) und (7) | |
| elektrische Leistung der Wärmepumpe | kW | (4), gekürzt durch (5) und (7) | |
| Verdampferwärme, die die Quelle liefern muss | kWh | (6) | |
| Inhalt des Quellpuffers | kWh | Pufferspeicher (Eingang) | |
| Kürzungsfaktor bei erschöpfter Quelle | — | (7) | |
| offener Bedarf der eigenen Senkenkette | kWh | Eingang aus der Kaskade | |
| in dieser Stunde gedeckte Wärme | kWh | (8) bzw. (9) | |
| Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde | kWh | (8) bzw. (9) | |
| Zuwachs der Laufzeit — eine Vollbenutzungsstunde | h | (8) bzw. (9) | |
| noch freier PV-Überschuss der Stunde | kWh | Photovoltaikzweig (Eingang) | |
| Ladepotenzial der Stunde | kWh | Schritt 5, Modustabelle; PV-Fall (10) | |
| nach Deckung, Ladung und Nachentladung offener Rest | kWh | Stundenschleife, vor dem Heizstab | |
| Wärme des Heizstabs | kWh | (11) | |
| Strom des Heizstabs | kWh | (12) | |
| Wärmeproduktion des Moduls im Jahr | kWh | Jahressumme | |
| Strombedarf der Wärmepumpe im Jahr | kWh | Jahressumme | |
| Strombedarf des Heizstabs im Jahr | kWh | Jahressumme | |
| ermittelter Bivalenzpunkt | °C | (13) | |
| Jahresarbeitszahl | — | (14) |
Rechenweg
Gerechnet wird im festen Jahresraster von 8 760 Stunden; ist in allen Gleichungen dieser Seite die laufende Stunde des Jahres und wird deshalb in den Legenden nicht wiederholt. Höchstens Module je Projekt gehen in die Rechnung ein; sie arbeiten in jeder Stunde in Anlagenpriorität nacheinander.
Schritt 1 — Quelltemperatur je Stunde
Sie entscheidet über alles Weitere. Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe nimmt immer die Außentemperatur; sonst gilt die eingestellte Wärmequelle:
| Wärmequelle | Quelltemperatur |
|---|---|
| Außenluft | aus der Klimareihe |
| Konstante Temperatur | der eingegebene Wert, für alle 8 760 Stunden |
| Erdreich, Erdsonde | konstant über das Jahr, aus dem Jahresmittel der Außentemperatur plus dem geothermischen Anteil über die Sondenlänge (VDI 4640 Blatt 1) |
| Erdreich, Kollektor | Jahreswelle nach Kusuda über die Verlegetiefe und die Bodenart; ohne Werte gelten 1,5 m und „Sand feucht" |
| Quellprofil | 12 Monats-, 365 Tages- oder 8 760 Stundenwerte, auf das Jahresraster gekachelt (die Tagesvariante kalenderunabhängig) |
| CSV-Reihe | die eingelesene Reihe |
| Pufferspeicher | die gepflegte Quelltemperatur; sonst der Mittelwert (1). Ist der Puffer zugleich Senke eines anderen Erzeugers, folgt stündlich dem Speicherzustand an der Entnahmehöhe |
- (1)
- – Quelltemperatur der Stunde [°C]
- – Vorlauftemperatur des Quellpuffers [°C]
- – Rücklauftemperatur des Quellpuffers [°C]
Lässt sich eine Quelle nicht auflösen — kein Profil, keine lesbare Datei, kein gewählter Puffer —, gilt ersatzweise die Außentemperatur, und der Lauf sagt es im Protokoll. Das ist eine Ersatzannahme mit voller Wirkung auf die Jahresarbeitszahl.
Schritt 2 — Kennfeldauswertung
Das Kennfeld führt je Vorlauftemperatur Stützstellen aus Quelltemperatur, COP und thermischer Leistung, nach Quelltemperatur absteigend. Liegt innerhalb des Feldes, wird zwischen den zwei umgebenden Stützstellen linear interpoliert — getrennt für COP und für die Leistung:
- (2)
- – Leistungszahl der Stunde [–]
- , – Leistungszahl an der unteren und der oberen Stützstelle [–]
- – Quelltemperatur der Stunde [°C]
- , – Quelltemperatur der unteren und der oberen Stützstelle [°C]
- (3)
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- , – thermische Leistung an der unteren und der oberen Stützstelle [kW]
- – Quelltemperatur der Stunde [°C]
- , – Quelltemperatur der zwei Stützstellen [°C]
- (4)
- – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW]
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- – Leistungszahl der Stunde [–]
Außerhalb des Feldes gilt:
| Lage von | was gilt |
|---|---|
| ab der obersten Stützstelle | Kappung auf deren COP und Leistung — keine Extrapolation nach oben |
| unterhalb der untersten Stützstelle | zwei Wege, siehe unten |
| nur EINE Stützstelle vorhanden | deren Werte gelten konstant |
Unterhalb der untersten Stützstelle gibt es zwei Wege:
- Bei einer temperaturgekoppelten Puffer-Quelle (Booster) wird auf die unterste Stützstelle
gekappt. Eine lineare Verlängerung der Herstellerkennlinie wäre dort eine erfundene Betriebskennzahl — der Fall heißt nicht „Extremkälte", sondern „der Quellpuffer steht gerade auf Rücklaufniveau".
- Bei jeder anderen Quelle entscheidet die Projekteinstellung: erlaubt (Vorbelegung) heißt
lineare Extrapolation nach (2) und (3) über die zwei untersten Stützstellen, einmal im Protokoll vermerkt; verboten bricht den Lauf mit einer Meldung ab, die Gerät und Untergrenze nennt.
Beide Kappungen werden je Modul gezählt und einmal am Laufende gemeldet — mit der Zahl der betroffenen Stunden und dem Temperaturbereich. Bei einem Booster (Quelle 30…50 °C, Herstellerkennlinien meist bis rund 20 °C) ist die Kappung nach oben der Normalfall.
Schritt 3 — Betriebsarten und Sperrzeiten
Auf das Kennfeldergebnis wirken drei Regeln, in dieser Reihenfolge.
Bivalenter Betrieb — maßgeblich ist die Außentemperatur, nicht der Bedarf:
| Betriebsart | Bedingung | Wirkung |
|---|---|---|
| teilparallel | und — die Wärmepumpe ist aus | |
| parallel | — | die Wärmepumpe läuft weiter, der zweite Erzeuger unterstützt |
| alternativ | und |
Der Unterschied zwischen und dem strengen „kleiner" betrifft nur die Stunden mit exakter Gleichheit. Der Vorbelegungswert °C gilt wörtlich — eine Ersatzregel für 0 würde die Anlagen falsch rechnen, die diesen Wert bewusst führen. Steht eine alternativ betriebene Anlage auf 0 °C, weist der Lauf einmalig darauf hin.
Sperrzeit — ist sie eingeschaltet und liegt die Tagesstunde im Fenster:
- (5)
- , – thermische und elektrische Leistung der Stunde; in der Sperrzeit beide 0 [kW]
- , – Grenzen des Sperrzeitfensters [h]
- – Tagesstunde, 0…23 [–]
Wärmequelle Pufferspeicher — die Verdampferwärme muss aus dem Speicher kommen:
- (6)
- – Verdampferwärme, die die Quelle liefern muss [kWh]
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW]
- (7)
- – Kürzungsfaktor bei erschöpfter Quelle [–]
- – Inhalt des Quellpuffers [kWh]
- – geforderte Verdampferwärme aus (6) [kWh]
- , – gekürzte thermische und elektrische Leistung der Stunde [kW]
Die tatsächlich entnommene Quellwärme wird dem Speicher abgezogen. Ist der Quellpuffer zugleich Senke eines anderen Erzeugers, wird die Entnahme diesem gutgeschrieben und der Wärmepumpe entsprechend von ihrer Direktdeckung abgezogen — sonst wäre dieselbe kWh zweimal als Deckung ausgewiesen.
Schritt 4 — Bedarfsdeckung
Gedeckt wird nur über Direktsenken; eine Anlage ohne Direktsenke lädt ausschließlich. Bei einer reinen Ladeanlage tritt an die Stelle von der Bilanzraum des Puffers.
- (8)
- – in dieser Stunde gedeckte Wärme [kWh]
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- – offener Bedarf der eigenen Senkenkette [kWh]
- – Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde [kWh]
- – elektrische Leistung der Wärmepumpe [kW]
- – Zuwachs der Laufzeit, hier eine volle Stunde [h]
- (9)
- – in dieser Stunde gedeckte Wärme [kWh]
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- – offener Bedarf der eigenen Senkenkette [kWh]
- – Strombedarf der Wärmepumpe in dieser Stunde [kWh]
- – Leistungszahl der Stunde [–]
- – Zuwachs der Laufzeit als Vollbenutzungsstunde [h]
Die Laufzeit wird also als Vollbenutzungsstunde geführt, nicht als Betriebsstunde. Ist durch (5) oder (7) auf 0 gefallen, wächst sie nicht.
Schritt 5 — Ladepotenzial und Leistungssteuerung
Was über den Momentanbedarf hinaus erzeugt werden darf, entscheidet der Betriebsmodus:
| Modus | Ladepotenzial |
|---|---|
| laufzeitoptimiert (Vorgabe, auch bei unbekanntem Wert) | die volle thermische Leistung — lange Laufzeiten, wenig Takten |
| leistungsoptimiert | 0 — die Wärmepumpe moduliert auf den Bedarf. Ausnahme: eine reine Ladeanlage ohne Direktsenke lädt wie im laufzeitoptimierten Fall, sonst stünde sie still |
| PV-optimiert | begrenzt auf den PV-Überschuss der Stunde nach (10); sonst wie leistungsoptimiert |
- (10)
- – Ladepotenzial der Stunde [kWh]
- – thermische Leistung der Stunde [kW]
- – noch freier PV-Überschuss der Stunde [kWh]
- – Leistungszahl der Stunde [–]
Das PV-Budget wird hier nicht verbraucht — es geht nur als Obergrenze ein. Abgebucht wird erst in der Ladephase, und zwar um die tatsächlich geladene Menge: Sonst wäre das Budget für das zweite Modul verbraucht, ohne dass eine kWh PV-Strom geflossen wäre.
Mit dem Vorgaberang lädt die Wärmepumpe nach der Solarthermie (10), aber vor BHKW (30) und Heizkessel (40) — sie profitiert vom leeren Speicher.
Schritt 6 — Heizstab
Der Heizstab ist die letzte Stufe der Stunde: nach Bedarfsdeckung, Ladephase und Nachentladung, vor dem Stundenabschluss. Er läuft nur, wenn er eingeschaltet ist, sieht den aggregierten offenen Rest (Heizung und Warmwasser, mit Warmwasservorrang) und ist je Modul auf seine Heizstableistung begrenzt:
- (11)
- – Wärme des Heizstabs in dieser Stunde [kWh]
- – nach Deckung, Ladung und Nachentladung offener Rest [kWh]
- – Heizstableistung des Moduls [kW]
- (12)
- – Strom des Heizstabs in dieser Stunde [kWh]
- – Wärme des Heizstabs aus (11) [kWh]
- – Leistungszahl des Heizstabs [–], Konstante 1
Seine Wärme kostet Strom im Verhältnis 1:1 — der Heizstab hat keine Leistungszahl. Der Strombedarf der Wärmepumpe und der des Heizstabs gehen beide in den Strombedarf des Projekts ein.
Schritt 7 — Bivalenzpunkt und Jahresarbeitszahl
Der ausgewiesene Bivalenzpunkt ist ein Ergebnis, keine Eingabe: die höchste Außentemperatur, bei der nach Deckung, Ladung und Nachentladung noch Wärmebedarf offen blieb — gemessen vor dem Heizstab.
- (13)
- – ermittelter Bivalenzpunkt [°C]
- – Außentemperatur der Stunde [°C]
- – offener Rest vor dem Heizstab; nur Stunden mit einem Rest zählen [kWh]
Die Jahresarbeitszahl wird aus den Jahressummen gebildet und schließt den Heizstab ein:
- (14)
- – Jahresarbeitszahl des Moduls [–]
- – Wärmeproduktion des Moduls im Jahr [kWh]
- – Strombedarf der Wärmepumpe im Jahr [kWh]
- – Strombedarf des Heizstabs im Jahr [kWh]
Grenzen und Annahmen
- Keine Taktung, kein An/Aus innerhalb der Stunde. Eine Stunde ist voll, moduliert oder aus;
Mindestlaufzeiten, Mindestpausen und Anlaufverluste bildet das Modell nicht ab.
- Keine Extrapolation nach oben. Oberhalb der obersten Stützstelle gilt deren COP —
konservativ, aber es gibt dort keine Herstellerdaten.
- Keine Abtauverluste und keine Feuchtekorrektur bei Luft/Wasser-Geräten. Was das Kennfeld
ausweist, gilt.
- Keine Vorlauftemperatur-Regelung im Lauf. Das Kennfeld wird zu der Vorlauftemperatur
ausgewertet, die an der Anlage steht; eine witterungsgeführte Heizkurve gibt es nicht.
- Kein Kühlbetrieb in der Jahressimulation. Ein Kühlkennfeld lässt sich pflegen, es geht in
die Wärmebilanz nicht ein.
- Der Heizstab hat keinen eigenen Wirkungsgrad —
nach (12).
- Fünf Katalogspalten hat kein Leser (Befund W14a‑E‑8‑B2): Länge, Breite, Höhe, Gewicht und
Raumbedarf kommen aus dem VDI‑3805-Import, werden ins Projekt kopiert und im ganzen Bestand nirgends gelesen. Sie sind die einzigen Spalten aller sieben Gerätekataloge ohne jede Verwendung.
- Höchstens zehn Module je Projekt.
- Strompreis, Wärmepumpentarif und Kapitaldienst gehören zur Wirtschaftlichkeit; der Lauf
liefert ihr die Strommengen und .
Ergebnisse und wo sie stehen
- Simulationsergebnis, Reiter „Wärmepumpe" — je Modul Wärmeproduktion, Strombedarf,
Laufzeit und Heizstabanteil; dazu die Ganglinien von Produktion, Strombedarf und Quelltemperatur .
- Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht" — Deckungsanteil, Jahresarbeitszahl
, Vollbenutzungsstunden und der Stromverbrauch des Heizstabs.
- Simulationsergebnis, Reiter „Ergebnis" — der Anteil der Wärmepumpe am Strombedarf.
- Simulationsprotokoll — Kappungen nach oben und unten mit Stundenzahl und Temperaturbereich,
Extrapolationshinweis, nicht auflösbare Quellen, Bivalenztemperatur auf dem Vorbelegungswert.
- Bericht und Wirtschaftlichkeit — Strommengen, JAZ und Vollbenutzungsstunden.
Bezüge
- Wärmepumpe — Bedienung der Dialoge, Katalog, Kennlinien-Editor
- Wärmequelle Erdreich — Sonden- und Kollektorauslegung, VDI 4640
- Berechnung: Simulationsablauf — Kaskade, die sieben Phasen der Stundenschleife
- Berechnung: Pufferspeicher — Ladeordnung, Schichtung und die Quelle „Pufferspeicher"
- Berechnung: Photovoltaik — Herkunft des PV-Überschusses der Leistungssteuerung
- Berechnung: Heizkessel — der übliche zweite Erzeuger im bivalenten Betrieb
- Klimadaten — Herkunft der Außentemperaturreihe
- Wirtschaftlichkeit — Wärmepumpentarif, Strompreis, Kapitaldienst