Kaskadierung von mehreren Wärmepumpen in einem System

Die größte einzelne Wärmepumpe hat derzeit eine Heizleistung von ca 30 kW. Werden aber noch höhere Heizleistungen gefordert, so lassen sich derzeit bis zu 16 Wärmepumpen parallel in einer sogenanten Kaskade zusammenschliessen, wie das Bild hier vereinfacht zeigt. Der Vorteil der Kaskadierung ist, daß damit eine weite höhere Effizienz und Modulationsbereich als mit einer großen Einzelanlage erreicht wird. Eine Einzelanlage hätte einen deutlich niedrigere Effizienz als mehrere kleine Anlagen mit jeweils hohen Werten. Derzeit kann damit eine Heizleistung von 480 kW erreicht werden. Dies sind 16 Anlagen mit je 30 kW Einzelleistung. Legende für die Zahlen befindet sich im Kapitel "Anwendungsbeispiele"

 

Schema1

 

Dabei gibt es einiges zu beachten:

  • Alle Außeneinheiten sind identisch aufgebaut, d.h. sie haben die gleiche Steuerung. Man muß am Anfang festlegen, welche von den Außeneinheiten die "führende - (Master)" und welche die "folgenden - (Slaves)" Einheiten sein soll.
  • Die führende Außeneinheit versorgt den Brauchwassertank und wird, wenn gefordert, von einer Zusatzheizung unterstützt. Die Versorgungsrohe von Brauchwassertank und Zusatzheizung werden also NICHT mit dem allgemeinen Sammler (19) für die Außeneinheiten verbunden.
  • Die zentrale Bedieneinheit, die identisch mit der bestehenden für Einzelaufstellung ist, wird mit der führenden Außeneinheit verbunden. Die Intelligenz zur Steuerung sitzt in der Außeneinheit. Die Bedieneinheit schickt nur die Befehle an die Außeneinheit, die diese entsprechend umsetzt. Die Außeneinheiten sind untereinander mit dem Buskabel verbunden. Der/die Bediener/in hat nur eine Bedieneinheit und muß nicht teure Zusatzeinheiten oder Netze erwerben.
  • Die Temperatursteuerung erfolgt dezentral über Thermostaten an der Fußbodenheizung, Radiator oder am Gebläsekonvektor.
  • Soll auch gekühlt werden, so ergeben sich 2 Optionen:

    - 2 Rohr Technik : ALLE Gebläsekonvektoren können entweder heizen oder kühlen. Es gibt nur einen Heizwasserkreis, der die Fußbodenheizung/Radiatoren und Gebläsekonvektoren versorgt. Wird Kühlen gewünscht, so fliesst nur kaltes Wasser durch den Heizkreis. JEDER Gebläsekonvektor kann nun also nur entweder kühlen oder heizen, je nachdem welche Temperatur sich im Heizkreislauf befindet.

    - 4 Rohr Technik: Größere Gebäude mit Fassaden sowohl zum Süden als zu Norden benötigen sowohl Heizen als auch Kühlen für ihre Räume. In den Übergangsjahreszeiten ist es auf der Südseite durch die Sonneneinstrahlung schon meist schön warm, während es auf der Nordseite noch "fröstelt". Es muß also auf der Südseite gekühlt und auf der Nordseite geheizt werden. Kann man die Technik splitten, d.h. eine Anlage für die Südseite und eine Anlage für die Nordseite, ist es einfach und man befindet sich wieder bei der 2-Rohr Technik. Kann man das jedoch nicht, benötigt man eine Dopplung der Anlagentechnik. Das heisst doppelt so viele Außenanlagen, allerdings nur für den Bedarf der Gebläsekonvektoren, Speichertank, Pumpe und Versorgung zu den Gebläsekonvektoren. Die Gebläsekonvektoren sind in 4 Rohr Technik ausgeführt. Sie haben 2 Wärmetauscher mit jeweils Zu- und Ablauf, also 4 Rohre, die mit dem einen Kreislauf zum Heizen und dem anderen Kreislauf zum Kühlen ausgestattet sind. Wenn nun beiden Anlagengruppen laufen, werden in dem einen Kreislauf heisses Wasser und in dem anderen Kreislauf kaltes Wasser angeboten. Je nach Steuerung kann der einzelne Gebläsekonvektor jetzt entscheiden, ob er heizen oder kühlen möchte.
  • Je nach Heizbedarf steuert die führende Außeneinheit das Zu- und Abschalten der weiteren folgenden Außeneinheiten. Die Schaltreihenfolge kann vom Bediener nach verschiedenen Kriterien gewählt werden, z.B. nach Betriebsstunden der jeweiligen Außeneinheiten. Fällt eine Außeneinheit aus, so übernimmt automatisch die andere Außeneinheit die Aufgabe.