Die Vorteile der Verwendung von Wasserwärmepumpen

Wasserwärmepumpen erweisen sich als energieeffizienter als alternative Systeme für Gewerbegebäude.Naveen Halbhavi, PE, ClimateMaster Inc., Oklahoma City

Lernziele:

• Analysieren Sie Wasserwärmepumpen und vergleichen Sie sie mit alternativen Systemen.

• Untersuchen Sie, wie Wasserwärmepumpen den Energieverbrauch von Gebäuden senken können.

• Implementieren Sie ein Wasserwärmepumpensystem, um den gleichzeitigen Heiz- und Kühlbedarf zu decken.

Der erste kommerzielle Energiekodex wurde 1975 mit dem veröffentlichtASHRAE Standard 90-1975: Energieeinsparung bei der Gestaltung neuer Gebäude.Seitdem haben nachfolgende Bemühungen zu strengeren Energieeffizienzstandards geführt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Eine vollständige und einheitliche Übernahme dieser Energievorschriften hätte zwischen 1975 und 2012 zu einer Reduzierung des normalisierten Energieverbrauchs um etwa 50 % geführt. In Wirklichkeit ist der Gesamtenergieverbrauch pro Quadratfuß in Gewerbegebäuden von 114 kBtu/Quadratfuß im Jahr 1979 auf zurückgegangen 79,9 kBtu/Quadratfuß im Jahr 2012 – ein Rückgang um 30 %.

Obwohl dies eine bedeutende Errungenschaft ist, war die Annahme und Durchsetzung von Standards in den verschiedenen Bundesstaaten nicht einheitlich und Gebäude machen nach Angaben des US-Bundesstaates weiterhin einen großen Prozentsatz des Energieverbrauchs in den USA aus US-Energieinformationsbehörde, Gewerbegebäude verbrauchten 7 Billiarden Btus an Energie.Darüber hinaus macht HVAC 44 % des Energiebedarfs von Gewerbegebäuden aus, wie in Abbildung 2 dargestellt. Dazu gehören Raumheizung, Belüftung und Kühlung, nicht jedoch Kühlung.

Gewerbliche Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist ein Kältekreislauf, der Räume bei warmem Wetter kühlen und bei kühlem Wetter heizen kann.Mit einer Wärmepumpe können Sie einen Raum kühlen oder heizen, indem Sie nur Strom verbrauchen.Da kein Brennstoff zum Heizen verbrannt wird, wie es bei einem herkömmlichen Zentralofen der Fall ist, wird das Risiko einer Entflammbarkeit eliminiert.

Im Handel erhältliche Wärmepumpen können in zwei große Typen eingeteilt werden:

• Eine Luftwärmepumpe oder luftgekühlte Wärmepumpe

• Eine Wasserwärmepumpe (WSHP).

Eine Luftwärmepumpe oder luftgekühlte Wärmepumpe ist eine Art Wärmepumpe, die im Sommer Wärme an die Außenluft abgibt oder im Winter Wärme aus der Außenluft aufnimmt.Eine WSHP ist eine Art Wärmepumpe, die im Sommer Wärme an ein Wasserleitungssystem (oder einen Wasserkreislauf) abgibt oder im Winter Wärme aus demselben Wasserkreislauf aufnimmt.Wenn mehrere WSHP-Einheiten installiert sind, können sie alle über ein gemeinsames Wasserkreislaufsystem (oder Sammelrohr) versorgt werden.

Vorteile von Wasserwärmepumpen

Da bei WSHPs die Wärme über einen Wärmetauscher in ein wasserführendes Rohr übertragen wird, ist der Betrieb leiser und der Platzbedarf des Systems ist geringer, da Wasser die Wärme effizienter abführt als Luft.In einem Luftquellensystem liegt der begrenzende Wärmeübertragungskoeffizient auf der Luftseite und typische luftseitige Wärmeübertragungskoeffizienten mit erzwungener Konvektion liegen im Bereich von 25 bis 250 W/m² K. Im Gegensatz dazu liegt der Wärmeübergangskoeffizient der erzwungenen Konvektion auf der Wasserseite zwischen 50 und 20.000 W/m² K. Dadurch sind WSHP-Geräte effizienter und kleiner als Luftwärmepumpen.

Bei herkömmlichen Luftquellengeräten kann es erforderlich sein, dass jedes Lüftungsgerät über eine separate Kondensationseinheit verfügt.Für ein großes System mit mehreren Einheiten, wie es in Gewerbegebäuden üblich ist, wären mehrere Verflüssigungssätze erforderlich, die nicht nur laut sind, sondern auch eine Herausforderung bei der Installation darstellen, da sie viel freien Platz benötigen.Bei einer WSHP-Installation mit mehreren Einheiten kann der Wärmeaustausch mit einem einzigen zentralen Verdunstungskühlturm oder Trockenkühler auf dem Boden oder auf dem Dach erfolgen.Die WSHP-Einheiten können in abgehängten Decken platziert oder versteckt in Technikräumen oder Hauswirtschaftsschränken versteckt werden.Durch die Platzierung der Geräte in der Decke in der Nähe des Einsatzorts werden außerdem weniger Leitungen verlegt und der Energieverbrauch der Ventilatoren gesenkt.Der Energieverbrauch von Ventilatoren kann zu den größten Energiekomponenten eines HVAC-Systems gehören, und ein gutes Gesamtsystemdesign wird versuchen, ihn zu minimieren.

WSHPs bieten auch einige der höchsten Wirkungsgrade in der HVAC-Branche. ASHRAE legt die Mindesteffizienzanforderungen für WSHPs höher als bei herkömmlichen luftgekühlten Wärmepumpen und VRF-Systemen.Die Tabellen 1 und 2 zeigen Effizienzwerte für die am direktesten vergleichbaren Einheiten und sind daraus abgeleitet ASHRAE 90.1-2013: Energiestandard für Gebäude mit Ausnahme von niedrigen Wohngebäuden.Dieser Vergleich zeigt, dass WSHPs die höchsten Mindestanforderungen an das Energieeffizienzverhältnis (EER) und den Leistungskoeffizienten (COP) erfüllen.

WSHPs heizen im Vergleich zu kompakten Ofenklimageräten auch effizienter.In einer Ofeneinheit beträgt der maximale Wirkungsgrad für die Heizung durch Verbrennung von Erdgas etwa 95 % (bei einem COP von 0,95);Die elektrische Wärme beträgt 100 % (COP = 1,0).Bei einer Wasserwärmepumpe im Heizbetrieb wird nicht nur die Wärmeenergie aus dem Wasserkreislauf entnommen und genutzt, sondern auch die Kompressionswärme im Kältemittelkreislauf aufgefangen und als Heizquelle genutzt.Aufgrund dieser Fähigkeit, einer Wärmequelle (z. B. dem Wasserkreislauf) Wärme zu entziehen und die Kompressionswärme zu nutzen, kann das WSHP problemlos 4 bis 6 Heizeinheiten für jede verbrauchte Energieeinheit bereitstellen.Dies ist eindeutig ein effizienteres System.