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Optimale Planung schöpft Potenziale aus - Wärmepumpen Software-Tools erleichtern die Beratung, Planung und Ausführung der Wärmepumpenanlagen

Die optimale Planung einer Wärmepumpenanlage und zugleich effektivste und wirtschaftlichste Nutzung der Umweltenergie lässt sich nur mithilfe einer Wärmepumpensoftware realisieren. Die technischen Parameter der Wärmepumpen, die Quellentemperatur und die Temperaturanforderungen der Heizung beeinflussen sich gegenseitig, sodass es schwierig wird, ohne Computersimulation Prognosen über das Betriebsverhalten und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Heizungsanlage zu erhalten.

„GeoT*SOL basic 1.0“ von Valentin EnergieSoftware, Berlin.

„WP-OPT“-Simulationssoftware von WPsoft GbR, Dresden.

„Alpha Go“ – WP-Software von Alpha-InnoTec, Kasendorf.

 

Aus diesem Grund bieten sich dem Fachplaner, Fachhandwerker und Energieberater beim Einsatz einer Simulationssoftware etliche Vorteile an, wie z.B. optimale Anlagenkonfiguration und Anlagenhydraulik, realistische Erfassung der Betriebskosten mit oftmals höherer Jahresarbeitszahl (JAZ), günstigere Fördermittel und Förderungskonditionen, etc.

Steigender Einsatz von Software
Parallel zur WP-Zuwachsrate mit jährlich ca. 50000 Neuinstallationen in Deutschland (Bundesverband Wärmepumpen e.V.) und einem Marktanteil für Neubauten von ca. 24% lassen sich auch die steigenden Tendenzen zum Einsatz der Wärmepumpensoftware erklären.
Andererseits wird auch eine Erhöhung der Marktanteile von Wärmepumpenanlagen in Bestandsgebäuden erreicht, wenn die energieeffizienten Systeme zielorientiert gefördert werden. Als Planungsunterstützung und zum Energieeffizienznachweis der Wärmepumpenanlage wird hier ebenfalls der Einsatz einer Simulationssoftware erforderlich. Hier gilt das Prinzip: Je höher der Energiesparstandard des Gebäudes und je größer die TGA-Systemeffizienz ausfällt, desto günstiger fällt die Förderung aus.

Simulation komplexer Zusammenhänge
Zur Auslegung der Wärmepumpenanlage und zur Lösung der komplexen Aufgabenstellung sollte der Fachplaner eine WP-Software einsetzen, mit deren Hilfe das Zusammenspiel sämtlicher Anlagenkomponenten realistisch erfasst wird. Neben dem Gebäudeenergiebedarf für Heizung und den Nutzerenergiebedarf für die Warmwasserbereitung ist es erforderlich, die Wärmequelle (Außenluft, Erdreich, Grundwasser, etc.) und die Wärmesenke (Heizungskombination, Speichertechnologie oder ggf. Erdkühlung) optimal zu dimensionieren sowie die Wärmepumpenkomponenten zu konfigurieren.
Als Folge werden gegenüber den gängigen und mit pauschalen Aufschlägen behafteten Normverfahren, wie z.B. der VDI 4650, wesentlich höhere JAZ-Werte erreicht, was letztlich zu einer genaueren Betriebkostenberechnung führt und zur Bewilligung der angepassten Fördermittel entscheidend beiträgt. Die Gebäudeeigner und Investoren können sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung von Bestandsgebäuden durch unterschiedliche Förderungsprogramme unterstützt werden, wie z.B.  durch die Förderungen des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa).

Dies sind u.a.:

  • Förderungssätze nach Wärmeleistung, zusätzlich Kombinationsbonus, z.B. für Wärmepumpen mit Solarthermie.

Oder durch Förderung durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), z.B. durch

  • zinsgünstige Darlehen,
  • Tilgungszuschüsse für WP-Anlage im KfW-Effizienzhaus.

Die Planungsunterstützung zur Optimierung einer WP-Anlage erfolgt entweder produktneutral mithilfe des Einsatzes der Software eines Systementwicklers oder unter Verwendung der Software eines WP-Produktherstellers.

WP-Software-Systementwickler
Neben der Planungssoftware für PV („PV*SOL“) und für Solarthermie („T*SOL“) bietet die Valentin EnergieSoftware GmbH, Berlin, zur Auslegung und Planung von Wärmepumpenanlagen das neue Simulationprogramm „GeoT*SOL basic 1.0“ an. Mit diesem dynamischen Programm lassen sich unterschiedliche Anlagetypen und Komponenten auswählen sowie Ertragsund Wirtschaftlichkeitsprognosen erstellen und je nach Anforderung auch solargestützte WP-Anlagen simulieren.
Mit dem Simulationsprogramm „GeoT*SOL basic 1.0“ lässt sich die Planung der Wärmepumpenanlage wie auch die Kombination von Wärmepumpe und Solarthermieanlage durchführen. Die Planung erfolgt in einzelnen Schritten von der Auswahl an vordefinierten und in der Praxis bewährten Anlagenkonfigurationen über die Festlegung der Bedarfswerte (Heizwärme, Brauchwarmwasser) sowie die Auslegung und Dimensionierung der Komponenten (Wärmepumpe, Wärmequelle – hierzu zählen auch Erdwärmesonden-, Speicher, Kollektorfeld) bis zur Darstellung der Ergebnisse einschließlich der Wirtschaftlichkeitsprognose. Aus den im Programm hinterlegten Komponentendatenbanken können die Wärmepumpen der führenden Produkthersteller zugeordnet werden. Zudem können die Monatsarbeitszahlen sowie Jahresverläufe der relevanten Temperaturen, der Nutzwärme und der elektrischen Energien grafisch dargestellt werden.
Ferner lässt sich mithilfe einer dynamischen Minutensimulation der gesamten WP-Anlage über ein Jahr die jeweilige JAZ ermittelt. Mit dieser Kenngröße und weiteren Ergebnissen der Minutensimulation bewertet die Planungssoftware die Wirtschaftlichkeit einer Anlage, indem der Wärmepreis (Energiekosten) und die voraussichtliche Lebensdauer ins Verhältnis gesetzt werden.
Zur Unterstützung der TGA-Planungsarbeiten hat der Schweizer Software-Systemhersteller Vela Solaris, Hösbach, die „Polysun“ in der Version 5.10 konzipiert. Das umfangreiche Simulationsprogramm „Polysun“ beinhaltet neben den Auslegungsassistenten für „Polysun“-PV und „Polysun“-Solarthermie auch die Planungssoftware „Polysun“ Wärmepumpe.
Die Auslegungs- und Simulationssoftware dient zur Planung und Optimierung von WP-Anlagen und umfasst neben den umfangreichen Datenbanken mit marktgängigen Produkten ein neues „Favoriten-Feature“ mit vereinfachten Anwendungsvarianten. Mit der Planungssoftware „Polysun“ Wärmepumpe können Luft-/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpenanlagen wie auch Erdsonden von Sole-/Wasser-Wärmepumpenanlagen konzipiert werden. Die Betriebsweise wird simuliert und bedarfsgerecht abgestimmt.
Der neue Auslegungsassistent ermöglicht auch die Auslegung von Erdwärmesonden in Kombination mit Wärmepumpen und/oder Solarthermie. Aufgrund der Warmwasser- und Gebäudeheizlasten wird vom Assistenten die optimale Sondenlänge für die Einzelsonden wie auch für die Sondenfelder in Abhängigkeit vom Erdschichtaufbau und der Sondenabstände sowie von den Außentemperaturen vorgeschlagen.
Der Fachplaner, Energieberater und Fachhandwerker kann die möglichen Anlagenkomponenten, wie Pufferspeicher, elektrische Zusatzheizungen und Spitzenlast-Wärmeerzeuger, ins System einbeziehen und anpassen. Das Besondere an diesem Simulationsprogramm besteht darin, dass als Basis kein fester, vordefinierter  Bivalenzpunkt dient, sondern dass die Anlagenkonfiguration speziell nach den örtlichen Gegebenheiten berechnet wird. Grundlage der Planung ist der genaue Heizenergiebedarf. Dazu werden Gebäudedaten, die Gebäudenutzung und die klimatischen Bedingungen des Standortes einfach und sicher ermittelt. Diese Daten können ebenfalls aus der energetischen Planungssoftware übernommen werden.
Die Planungssoftware „Polysun“ Wärmepumpe eignet sich auch für Kombinationslösungen, wie

  • WP und PV, z.B. für Plusenergiehaus,Minergie-A,
  • WP und Solarthermie, z.B. zur Regenerierung von Sondenfeldern,
  • WP und Hybridkollektoren, z.B. innovative Anlagenkonzepte,
  • WP und Solares Kühlen.

WP-Software-Tools der Produkthersteller (Auszug)
Das Simulationsprogramm „WP-OPT“ von Dr. Stephan Weinmeister & Partner, Dresden, wird zur Berechnung und Optimierung von WP-Anlagen eingesetzt. Mit dieser Planungssoftware können wichtige Betriebsparameter wie JAZ, Temperaturgang in der Wärmequelle und Betriebskosten auf der Basis der vorgegebenen Systemdaten der Heizungsanlage simuliert werden. Mit verschiedenen Bodenschichten werden spezifische und jährliche Erdreich-Entzugssituationen berücksichtigt und die sich daraus im Jahresverlauf ergebende Erdreichtemperatur anhand hinterlegter Modelle berechnet und visualisiert.
„WP-OPT“ orientiert sich stark an praktischen Erfordernissen, aus diesem Grund sind auch Sonderfälle berechenbar, wie z.B. die Abwärmenutzung. Die aktuellste Version 4.4 bietet neben der Nutzung von Pufferspeichern auch Diagramme zur CO2-Entlastung sowie die Einbeziehung von Energiegewinnen (z.B. von PV-Anlagen oder BHKW-Technik) in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Die WPsoft GbR bietet zudem Internetlösungen zur JAZ-Bestimmung nach VDI 4650 an.
Das Simulationsprogramm „WP-OPT“ wird als herstellerspezifische OEM-Version von einigen WP-Herstellern zur Planungsunterstützung ihrer Marktpartner angeboten. Der Vorteil dieser Softwarepakete liegt darin begründet, dass diese in der Regel kostenlos sind. Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass die firmenspezifischen Programme nur die Produkte des WP-Herstellers in Betracht ziehen und vergleichen.
Auf der ISH 2011 wurde die BACnet-Steuerung für Wärmepumpen bekannt gegeben. Die rechnergestützte Steuerung für die Gebäudeautomation ist standardisiert und herstellerneutral. Aktiviert wird sie mit einem USB-Dongle. Bei bereits installierten Geräten mit „WPR-Net“ Regelung kann das BACnet auch nachträglich aktiviert werden. Die Einbindung über ein normales Computernetzwerk ist bei WP-Anlagen mit der „WPR-Net“-Regelung nach wie vor über einen Ethernetanschluss möglich.
Mit der WP-Software „Alpha Go“ von Alpha-InnoTec GmbH, Kasendorf, können sowohl Luft/Wasser-, Wasser/Wasser- als auch Sole/Wasser-WP geplant werden. Bei den Berechnungen werden umfangreiche Parameter mit einbezogen, wie z.B. die klimatischen Daten des Standortes im Jahresverlauf, Gebäudebauweise, Nutzungsgewohnheiten. Mit diesen Basiswerten wird von der WP-Software „AlphaGo“ der Gebäudeenergiebedarf ermittelt und die geeignete Wärmepumpe aus dem AlphaInnoTec Produktprogramm vorgeschlagen. Der umfangreiche Ergebnisbericht enthält detaillierte Angaben über die Anlagenauslegung, optimale Sondentechnik und schlägt zudem einzelne Komponenten vor. Zudem wird von der Wärmepumpensoftware „Alpha Go“ ein Wirtschaftlichkeitsvergleich mit anderen Heizsystemen, wie Öl-, Gas-, und Pellet-Wärmeerzeugern erstellt und die Berechnungen der JAZ nach VDI 4650 durchgeführt.
Die Bosch Thermotechnik, Wetzlar, stellt seinen Marktpartnern die Wärmepumpensoftware „Logasoft WP online“ als Auslegungstool mit Systemdimensionierer sowie die JAZ-Berechnung nach VDI 4650 zur Verfügung.
Die Glen Dimplex Deutschland GmbH, Kulmbach, hat für die Marktpartner die WP-Software „Online-Planer“ als Auslegungstool mit Systemdimensionierer sowie die JAZ-Berechnung nach VDI 4650 im Programm.
Die Nibe Systemtechnik, Celle, bietet für ihre Marktpartner die Nutzung unterschiedlicher online-tools an, mit denen Berechnungen oder die Überwachung und Steuerung der WP vorgenommen werden können. Bei der „Nibe DIM“ (WP-Opt-Firmenversion) handelt es sich um ein softwaregestütztes Werkzeug zur Planungsunterstützung für ihre Marktpartner für die Auswahl, Dimensionierung und zur Betriebskostenermittlung der WP-Anlage. Das SoftwareTool arbeitet auf Basis einer Klima-Datensatz-Simulation und ermöglicht genaueste Ergebnisse einer WP-Anlage mit der Nibe-WP-Technik. Zudem können auch WP-Kaskaden konfiguriert und solarthermische Gewinne in das Gesamtergebnis integriert sowie vergleichende Gegenüberstellungen zu Wämeerzeugern auf Basis fossiler Brennstoffe vorgenommen werden. Auf der Nibe-Homepage wird ferner die Nutzung mit dem integrierten JAZ-Rechner auf Basis der VDI 4650 angeboten.
Die Novelan GmbH, Kasendorf, hat zur Prognose des Verbrauchs einer WP auf der ISH 2011 die Software „Novelan Exakt“ eingeführt, mit deren Hilfe der Energiebedarf und die Betriebskosten berechnet werden können. Als Ergebnis gibt das Programm einen genauen Bericht mit Empfehlungen zur geeigneten Novelan-WP sowie für die Auslegung der Anlage oder die Dimensionierung der Erdsonden und des Wärmespeichers. Ein weiterer Nutzen der Simulationssoftware besteht in der Berechnung der Jahresarbeitszahl (JAZ). Der detaillierte Ergebnisbericht enthält neben Empfehlungen, welche Novelan-WP sich für das Objekt besonders gut eignen, auch Vorschläge für die optimale Auslegung der Anlage. So errechnet „Novelan Exakt“ u.a. die ideale Größe der Erdsonden oder des Wärmespeichers. Zudem vergleicht das Programm die Wirtschaftlichkeit der empfohlenen Anlage mit der anderer Heizsysteme – etwa mit Wärmeerzeugern, die mit Öl, Gas oder Pellets befeuert werden.
Stiebel Eltron, Holzminden, stellt seinen Marktpartnern die kostenlose Planungssoftware „Wärmepumpen-Optimus“ einschließlich hydraulischem Abgleich speziell für Modernisierungs- und Sanierungsanlagen zur Verfügung. Nach der Eingabe von Daten zum Gebäude, einzelnen Räumen und bestehendem Wärmeverteilsystem inklusive Heizkörpern liefert die Software eine Bewertung des kompletten Systems unter Berücksichtigung einer zuvor ausgewählten Wärmepumpe. Hinweis: Da die Software „Wärmepumpen-Optimus“ derzeit ausläuft, kann für Architekten, Fachplaner, Energieberater und Fachhandwerker leider noch keine neue Planungssoftware zur Verfügung gestellt werden.
Vaillant Deutschland, Remscheid, stellt seinen Marktpartnern das WP-Online Tool „GeoSoft“ („WP-Opt“-Firmenversion) als Auslegungsprogramm und Systemdimensionierer sowie zur JAZ-Berechnung nach VDI 4650 zur Verfügung.
Mit dem Wärmepumpen-Online Tool „Vito-WP“ („WP-Opt“-Firmenversion) steht bei Viessmann, Allendorf, eine Dimensionierungshilfe für die WP-Anlage zur Verfügung, die Gegebenheiten wie Gebäude, Heizungssystem, etc. berücksichtigt. Die Anwendung ermöglicht zudem einen Kostenvergleich mit anderen Heizsystemen und eine Wirschaftlichkeitsanalyse (Betrachtung bei unterschiedlichen Energiepreisen). Ferner ist in der „Vito-WP“ nicht nur die JAZ-Berechnung, sondern auch eine Jahressimulationsrechnung integriert.

Vorteile für alle
Die Verwendung der WP-Softwareprogramme ermöglicht dem Fachplaner, Fachhandwerker und Energieberater nicht nur eine optimale Anlagenauslegung, sondern auch die Ermittlung der minimalsten Betriebskosten sowie die effektivste Rentabilität. Durch eine fundierte Beratung und Planung profitiert letztlich auch der Architekt und Bauherr, denn neben den günstigsten Fördermitteln und Förderkondi-
tionen gewinnt er mehr Sicherheit zur Entscheidungsfindung.

Autor: Dipl.-Ing. Eric Theiß ist als freier Journalist mit den Themenschwerpunkten Technische Gebäudeausstattung (TGA) und rationelle Regenerativtechnologien tätig. 81369 München, dipl.ing.e.theiss@t-online.de

WP-SoftWare-Tools Herstellernachweis (Auszug)

 

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