Hi,

Achtung, lang und theoretisch.

Aus irgendeinem mir nicht mehr geläufigen Grund ist mir letztens mal eine Frage ins Hirn geschossen, die jenes Hirn leider nicht mehr verlassen hat. Wir haben eine LWWP (Stiebel 8 CS) und einen WP-Tarif mit Hochtarif/Niedrigtarif. Aktuell schiebe ich per Tagabsenkung fast 80% vom WP-Verbrauch in den NT.

Der COP der WP ist relativ offensichtlich abhängig von der Temperatur, genauer genommen wohl von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (Außenluft hier) und Wärmeabgabe (Vorlauftemperatur)?

Die Frage war: Wenn ich für eine kWh im NT 23,9 ct/kWh zahle und im HT 33 ct/kWh, wann lohnt es sich trotz höheren Strompreisen tagsüber zu heizen, weil der bessere COP die Preise ausgleicht.

Ich habe mir eine Theorie zusammengedengelt, aber ich weiss nicht ob die in irgendeiner Form sinnvoll ist. Ich habe sehr viele Werte (Außentemperatur, Vorlauf, Rücklauf, aktuelle Modulationsstufe der WP per Modbus/TCP aus der ISG, aktuelle elektrische und Wärmeleistung per Webscraping des Tageszählers aus der ISG, daraus berechnet der aktuelle COP) in hoher Auflösung, aber leider nur zehn Tage zurück. Da in den letzten 10 Tagen das Wetter relativ gleich schlecht war fehlen mir höhere Temperaturdifferenzen im Heizbetrieb und auch sehr hohe/niedrige Außentemperaturen im WW-Betrieb.

Wenn ich aus meinen Daten der letzten 10 Tage einen x/y Graphen mit x=COP und y=Temperaturdifferenz machen sieht das schon mal gar nicht so verkehrt aus.



Die Farbe ist die Modulation der WP, mit grün = 20%, gelb = 40% und rot = 60%. Recht gut zu erkennen ist der dicke Blob des leichten Heizens in der Übergangszeit rechts unten mit COP zwischen 6 und 8 und der steil ansteigende Teil links mit dT bis 50°C bei einem COP von 2,5 (Warmwasser). Ein wenig könnte man noch vermuten, dass die WP bei geringerer Relativleistung etwas effizienter wird (man kann bei der LWZ die Leistung für die WW-Bereitung zwischen 40% und 100% einstellen, ich habe heute mal von 60% auf 40% runtergeregelt, die orangen Punkte in der WW-Kurve sind schon ein kleines Stück weiter rechts).

Besser wird das Fitting, wenn man nicht gegen den COP sondern gegen den Kehrwert des COP (1/COP) grapht, dann wirds fast linear und man sieht sogar eine schöne Verschiebung basierend auf dem Relativleistung (Farbe).



Meine 15 Jahre vergessenen Statistikkenntnisse auspackend habe ich die Werte in R geschmissen und ein lineares Modell berechnen lassen.

1/COP = 0,0026023 + Delta-T * 0,0060682 + Relativleistung * 0,0009373

Wenn ich das wiederum in localc werfe kommen die errechneten COP-Werte bei realen Betriebspunkten schon ziemlich gut hin. Und wenn ich mich nicht verrechnet habe kommen dann so Sachen raus wie "bei 20°C Delta-T habe ich einen COP von 7 und in der NT einen Preis von 0,034 ct/kWh Wärme, den gleichen Preis erreiche ich in der HT bei 13°C Delta-T -> wenns tagsüber 7 Grad wärmer ist lohnt es sich)". Und bei hohen Temperaturdifferenzen wird der Abstand immer größer (bei 65°C Delta-T, also WW-Bereitung im Winter, habe ich einen COP von 2,37 und damit 10ct/kWh im NT. Für den gleichen Preis muss es im HT schon 20°C wärmer sein).

Jetzt fehlen mir wie gesagt Datenpunkte die außerhalb der aktuellen Dauerschmuddelwetterlage sind. Und vielleicht hab ich noch irgendeinen Einfluss komplett vergessen. Und als Datenpunkte für Estrom und Ewärme habe ich sowieso nur das, was die WP selber ausgibt. Der Momentanverbrauch am WP-Zähler ist jedenfalls deutlich höher als Estrom.

Machen diese Zusammenhänge physikalisch gesehen Sinn oder interpretiere ich da was falsches in die Daten rein?

Bernhard

Langer Text viel Theorie. Beispiel aus der Praxis: Tags einfach Vorlauf um paar Grad höher, nachts in Übergangszeit entweder abschalten oder leicht absenken.

Funktioniert aber nur mit den extrem trägen fbh.

Stell dir einfach vor du musst ins Haus Wärme reinschieben und tagsüber lässt es sich günstiger schieben, aber wenn du tagsüber übertreibst dann wird's zu warm. Man kann das also nur im Bereich von bis zu 5°C spielen und idealerweise mit fbh, weil es da 6h dauert bisan was merkt

Ich denke die Zusammenhänge machen Sinn. Weil das so auch eben die physikalischen Abhängigkeiten sind, nach dem Carnot-Kreisprozess.

Aber auch die RLT hat einen Einfluss auf den COP. Wenn die Spreizung kleiner wird, bei gleicher VLT wird der COP auch schlechter.

Auch darfst Du nicht vergessen, wenn es Nachts kühler wird, kommt dann eventuell der Abbauprozess dazu, der den COP noch weiter runterzieht.

Mach PV auf's Dach und dann veränderst Du das Verhalten und heizt Du mehr am Tag und nicht in den kalten Nacht- und Morgenstunden.

Abgesehen davon, kannst Du die Temperatur die Du in der Nacht ins Haus bringst, den tagsüber auch nutzen, oder kühlt die Bude dann aus?

PV ist schon auf dem Dach, im Sommer ist die Diskussion eine rein theoretische (Speicher voll triggert an 95% der Tage WW-Bereitung schon am Vormittag). Jetzt in der Übergangszeit reichts aber meistens nicht mehr überhaupt den Speicher vollzubekommen, da hängt die WP dann gar nicht drauf.

WW-Bereitung kommen wir üblicherweise mit einmal am Tag hin, das kann ich fast frei schieben. Und aktuell erreiche ich die 80% NT eben durch Schieben in die Nacht, das merkt man kaum (gut gedämmter Neubau von 2021 mit sehr träger FBH). Ginge anders herum ja genau so. Gut, das sieht anders aus wenn es draußen mal -15°C hat.

Und jetzt sehe ich gerade, dass ich mit den falschen Strompreisen gerechnet habe :)

21,9 ct/kWh NT und 25 ct/kWh HT verschieben die nötige Temperaturdifferenz auf < 5°C beim Heizen und ~ 10°C bei WW. Das ist schon fast ein no-brainer, jetzt kann ich noch die kältesten Morgenstunden per Absenkung umgehen und die WW-Bereitung auf den Beginn der NT-Zeit um 21:00 Uhr ziehen.

Naja, hat trotzdem Spaß gemacht mal wieder das Hirn anzustrengen.

Klar macht sowas Spaß die Zusammenhänge zu verstehen und für sich ein Optimum zu finden. Gut, bei FBH hat man mehr Möglichkeiten Wârme zu bunkern.

Bei uns gibt's nur große Heizkörper, da brauch ich mit so Spielchen gar nicht erst anfangen. Ich lasse die WP Nachts in Standby, bis die AT unter 3° fällt, dann wird mit Absenkbetrieb und geringer Leistung dem Wärmeverlust entgegengewirkt.

Bei nur 3,1 Ct/kWh Preisdifferenz HT zum NT, stellt sich doch als erstes die Frage nach der jährlichen Grundgebühr für den zweiten Zähler?

Angenommen, die liegt bei marktüblichen € 120, so fährt man erst ab 3.871 kWh p.a. NT-Bezug in die Gewinnzone.

Ungeachtet dessen, und weil ich die gleiche Anlage nur im Tagbetrieb betreibe: wo liegt denn die JAZ für den Heizbetrieb?

Die Differenz zwischen NT/HT ist nur 3,1 ct/kWh. Der Zähler kostet aber nicht mehr als ET.

Der zweite Zähler kommt wg. WP-Tarif und Kaskadenmessung dazu, da ist die Differenz zum Haushaltsstrom schon so 10 ct. Aber ja, vmtl. ists an der Grenze der Wirtschaftlichkeit, wenn nächstes Jahr mein Versorger dynamische Tarife anbieten muss (und ich abschätzen kann was §12a EnWG Modul 2 bringt) wollte ich das mal komplett entrümpeln.

Die WP läuft jetzt seit knapp vier Jahren, nur fürs Heizen WM 27,035MWh aus 6,285MWh Strom (laut der ISG). Also eine JAZ von 4,3. Fürs Warmwasser sinds 7,608MWh aus 2,439MWh.

Woraus ziehst du die Annahme das der COP bei kleinerer Spreizung schlechter wird?
Ich habe gegenteilige Erfahrungen gemacht das der COP bei 3K deutlich besser ist als bei 6 K.

Grüße

Diese Erfahrung habe ich mit meiner WP auch gemacht. Bei größerer Spreizung wird (einen konstanten Volumenstrom vorausgesetzt) mehr Wärme abgegeben. Daher muss der Kompressor der WP mehr leisten, was den COP verringert.

Niedrigere Verdichterdrehzahlen führen bis zu einem bestimmten Punkt zu einer besseren Effizienz. Bei sehr niedrigen Drehzahlen wird dann der COP aber wieder schlechter. Das Optimum scheint irgendwo zwischen 25 und 35% der maximalen Drehzahl zu liegen.

Die Hilfsenergie bleibt annähernd konstant, also für HKP, Steuerung und Lüfter. Und die kann bei niedriger Modulationsstufe schon mal 20-30% des Gesamtenergieverbrauchs der Anlage ausmachen.
Man sagt so bei 4,5K Spreizung liegt das Optimum, was ich aus eigener Erfahrung auch bestätigen kann.

Das ergibt für das Heizen eine AZ von 4,3 und WW von 3,1

Bei gleichen Anlagen in ähnlich neuen Gebäuden und ähnlich ungenauen Messwerten ist ein Vergleich sicherlich von Interesse:

IB 04.09.2021
WM Heizen 28.299 kWh bei 5.551 kWh Strom = AZ 5,1
WM WW 5.462 kWh bei 1.527 kWh Strom = AZ 3,6

Man muss aber wissen, dass beim ISG-Stromverbrauch nur der Verdichter, sowie dessen Ölsumpfheizung enthalten ist. Aber nachdem beide Maschinen identisch sind, ist das für die Vergleichsbetrachtung nicht relevant.

Die Wärmeangaben von Stiebel sind durchaus plausibel.
Die Angaben zum Stromverbrauch dagegen nur eine Schätzung.

Das kann ich nach 11 Jahren mit Stiebel, einem ext. Wärmemengenzähler und einem geeichten Stromzähler sagen.
Wärmemenge passt sehr genau.
Stromangabe wird gewürfelt, was in den ersten Jahren nur ne kleine Differenz ergibt, pro Jahr aber immer deutlicher :-)

Die Hilfsenergie hat ja aber nichts mit der Spreizung zu tun.
Ich fahre meine Anlage auch unter Volllast mit 3 K Spreizung.
Und dabei ist sie wesentlich effizienter als unter Vollast und 6k Spreizung.
Das die Pumpe etwas mehr drehen muss stimmt zwar aber das sind nur 10 Watt unterschied.

Eine geringe Spreizing hat ja nichts mit der Heizleistung oder Modulationsgrenze zu tun.

Das das bei jeder Anlage individuell ist trifft es eher.

Grüße

Die Hilfsenergie ist bei der LWZ ziemlich fix, da nur der Lüfter geringfügig moduliert.

Die Leistung der HKP ist auch fix und wird vom Betreiber so eingestellt, dass auch der entlegenste Raum noch gut Durchfluss bekommt, bzw. der Mindestvolumenstrom gut überschritten wird.

Bleibt als entscheidende Größe für die Bestimmung der Spreizung die Leistungsabgabe der WP. Unter Volllast habe ich da auch gerne mal 5 bis 6K Spreizung, insbesondere wenn die FBH ausgekühlt ist. Volllast ist aber nicht effizient ebenso wie die unterste Modulationsgrenze von 25 bis ca. 35Hz.

Wenn bei dir unter Volllast nur 3K anstehen, müsste die Pumpe auf 100% laufen und die Spreizung bei 40% Last ist dann bei 1,5K?

Die Last der Heizung lässt sich übrigens anhand der Anlaufstrombegrenzung kappen und damit auch die Spreizung im Hochregelbetrieb. Ebenso über den Anteil VL.

Ich glaube wir reden über unterschiedliche Dinge.

Ich wollte nur darauf aufmerksam machen das die Aussage größere Spreizung = effizientere AZ falsch ist.
Ist schon deshalb falsch weil der Hub größer ist und es gar nicht besser sein kann.
Das hat nichts mit Nebenagregaten oder Pumpen zu tun.

Für mich wird die AZ einzig aus Verdichterstrom und erzeugte Wärmemenge ermittelt. Von mir aus noch der Ventilator.
Aber mehr gehört da nicht rein.

Und wenn ich weniger Hub habe benötigt der Verdichter weniger Strom. Folglich ist die AZ besser.

Bedeutet, und das habe ich schon mehrfach getestet ---
Bei gleicher benötigter Leistung ist eine geringere Spreizung auf der Erzeugerseite günstiger herzustellen. Und die Wärmepumpe ist als Nebeneffekt auch leiser.

Das ich für die halbe Spreizung die doppelte Wassermenge bewegen muss ist klar.

Das der Stromverbrauch der Unwälzpumpe steigt ist auch klar.

Das meine Übertragerflächen das leisten müssen ist auch klar.

Mir ging es nur um die Klarstellung der Aussage.

Grüße

Nur mal als Denkanstoß, weil das vielen nicht klar ist: COP ist ein Wert, der gut zum Vergleich verschiedener Wärmepumpen bei gleicher oder derselben bei verschiedenen Temperaturen geeignet ist. Für Energiebilanzen ist er (alleine) jedoch absolut nicht ausreichend, ja sogar bisweilen irreführend!

Beispiel: Ein guter gedämmter Neubau mit Wärmepumpe wird erst relativ spät, d.h. bei niedrigeren Außentemperaturen anfangen zu heizen. COP daher schlecht(er), da Quellentemperatur niedriger. Monats-Arbeitszahl also schlecht. Ein schlecht gedämmter Altbau wird schon bei deutlich höheren Außentemperaturen anfangen zu heizen. COP daher besser. Monats-Arbeitszahl also besser. Nur: wer braucht INSGESAMT mehr Energie? In diesem Fall der Altbau, der trotz besserer MAZ mehr verheizen muss.

Und das kann man hier analog auf Tag/Nacht anwenden: wenn man wegen billigerem Strom mehr nachts heizt, heizt man dafür eben länger. Das kann etwas, muss aber nix sparen, kann sogar kontraproduktiv sein...

Fazit: man muss quasi über den COP zeitlich integrieren, um zu einer Aussage zu kommen, mit welchem Modell man günstiger fährt. Die reine COP-Betrachtung ist hingegen nicht aussagekräftig bis irreführend, je nach Haus.

Nicht nur das. COP ist bei einem fixen Temperaturwert. Es kommt aber auf die gesamte Kennlinie und die NAT an.

Beispiel aus der Praxis: zwei WPs vom gleichen Hersteller mit etwas unterschiedlichen COP.
Bei NAT=-14°C hat die WP mit besserem COP die bessere JAZ.
Bei NAT=-9°C hat die WP mit schlechterem COP die bessere JAZ.

Ergo, so wie du sagtest, man muss über die gesamte Kennlinie gewichtet mit dem jeweiligen Wärmebedarf integrieren. COP ist gut zur ersten Orientierung und Vorauswahl. An Ende sollte man aber die Kennlinien und die JAZ anschauen.

Naja, man muss den COP halt schon bei beiden Anlagen im selben Monat betrachten. Besonders ein Monat, das für beide Anlagen (Alt-/Neubau) die selbe Anzahl an Heiztagen hat (und selbe Durchschnittstemperaturen).
Warum soll das dann nicht aussagekräftig sein?

Generell ist es bei mir auch so, mit steigender Spreizung wird die AZ besser.
Warum? k.A. Mich wundert das auch - aber zig-fach getestet. Weil eigentlich sollte mit höherem Durchfluss/niedrigere Spreizung eine WP effizienter arbeiten. Bei mir definitiv nicht.

Das wäre dann aber kein COP.

Liegt sicher am Gleit deines verwendeten Kältemittels?

Als Physiker bin ich für Zahlen und Theorien durchaus empfänglich. Trotzdem ist am Ende immer das Experiment entscheidend….

Vor dem Hintergrund bin ich auch zu dem Schluss gekommen, die WP tagsüber mit etwas höherer Vorlauftemperatur laufen zu lassen und nachts auszuschalten, unabhängig vom Stromtarif. Maßgeblich ist bei mir der große Anteil des Hilfstroms, wenn meine Vitocal 200s auf ihre kleinste Verdichterleistung herunterregelt. 600W gehen mindestens immer weg….

Aber jetzt kommts: Wie kann man in dem ganzen Spiel in der Heizperiode am besten (für das Klima und den Geldbeutel, in dieser Reihenfolge) die eigene PV und den Stromspeicher einbinden. Klar, am besten wäre eine KI, die Verbrauchsprognosen und Wetterprognosen einbindet und für jeden Tag (oder jede Stunde) optimierte Entscheidungen vornimmt. Hab ich aber nicht.

Mein System sieht so aus:

Reihenhaus von 1960, voll saniert und gedämmt, Wärmebedarf pro Jahr ca. 8000kwh, Haustrom ca. 1500 kwh

Wärmepumpe: Viessmann Vitocal 200s D06 (6,3 kw max Leistung) mit 50l Pufferspeicher im Rücklauf

Kleiner Kachelofen (nicht in den Heizkreis eingebunden)

Alte Heizkörper, ein Flächenheizkörper im Wohnzimmer

=> Vorlauftemperatur ca. 36 Grad, Heizung läuft aktuell von 8 - 18 Uhr.
Warmwasser muss morgens gemacht werden, einmal 200l Speicher auf 40 Grad.


PV:
5,5 kwp Südwest und 2,2 kwp Nordost
10 kwh Stromspeicher mit Fronius GEN24 Hybridwechselrichter


Jetzt, am Beginn der Heizperiode, fahre ich das System so:

Stromspeicher wird zweimal definiert geladen (das geht mit dem Fronius). Einmal in der Nacht aus dem Netz von 0 - 4 Uhr mit 1000w und einmal tagsüber 1000w mit PV und Netz (je nachdem) zwischen 10 und 14 Uhr.

Die Überlegung dahinter: In diesen Zeiten ist der Strom im Schnitt am saubersten und das Stromnetz wird von mir weder in der Stoßzeit am Morgen noch am Abend belastet. Durch Ladeverluste liegt mein Strombedarf etwa 10% höher, aber ich habe im Schnitt auch eine etwa halbvolle Batterie, was bei Stromausfall relevant werden könnte.


So, langer Aufsatz, aber mit WP, PV und Stromspeicher wird es einfach komplex.


Wie macht ihr das ?


viele Grüße

Hans

Gleit?
Was meinst du damit?

Je nach verwendetem Kältemittel (also bei nNcht-Reinstoffen) verhält sich das Kältemittel im Sattdampfgebiet nicht isotherm, sondern erfährt eine Erwärmung oder auch Abkühlung.

Für Kältemittel mit hohem Gleit sind insbesondere bei sehr kleinen Spreizungen dann Effizienzeinbußen zu erwarten. Sieht man am besten, wenn man sich den Kreisprozess skizziert und den Wärmeübergang von Kältemittel an Heizmedium darstellt. Bei einem Gegenstromwärmetauscher wird dann bei einem Gleit von 7K (R407C) und einer Heizkreisspreizung von ebenfalls 7K der theoretisch idealer Wärmeübergang dargestellt.