Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Wärmepumpen und Heizungsanschluss

Wärmepumpen elektrisch anschließen: Leistungszahl, Jahresarbeitszahl, Anlaufstrom, SG Ready, Sperrzeiten und Pufferspeicher kurz erklärt.

18 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Eine Wärmepumpe hebt Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser mit einem Kältekreis auf ein höheres Temperaturniveau. Der Verdichter braucht dafür elektrische Energie. Wie gut das gelingt, zeigt die Leistungszahl COP für einen Betriebspunkt und die Jahresarbeitszahl JAZ für ein ganzes Jahr: gelieferte Wärme geteilt durch aufgenommene elektrische Energie. Je kleiner der Temperaturhub zwischen Quelle und Heizwasser, desto höher fällt sie aus.

Für den Anschluss brauchst du einen eigenen Stromkreis für den Verdichter, meist dreiphasig, sowie getrennte Stromkreise für Steuerung und gegebenenfalls Heizstab. Den Strom ermittelst du aus der Leistung mit der Drehstromformel. Der Netzbetreiber verlangt eine Anmeldung und oft eine Begrenzung des Anlaufstroms, etwa durch einen Sanftanlauf oder einen drehzahlgeregelten Verdichter mit Inverter. Als steuerbare Verbrauchseinrichtung kann die Wärmepumpe vom Netzbetreiber zeitweise gesperrt oder in der Leistung begrenzt werden; dafür ist ein Steuereingang vorzusehen.

Ein Pufferspeicher überbrückt Sperrzeiten und verhindert häufiges Takten. Wie viel Wärme er speichert, rechnest du mit Masse, spezifischer Wärmekapazität und Temperaturdifferenz. Mit SG Ready hat die Wärmepumpe eine genormte Schnittstelle mit vier Betriebszuständen, über die etwa ein PV-Energiemanager bei Solarüberschuss einen verstärkten Betrieb anfordern kann.

Bei der Außeneinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe sind Schallabstand zu Nachbarn, freier Luftweg, Kondensatablauf und Leitungswege zu klären.

Das solltest du dir merken

JAZ und COP sind Wärme durch elektrische Energie, ein höherer Wert ist besser.
Verdichter, Steuerung und Heizstab erhalten getrennte Stromkreise.
Der Pufferspeicher überbrückt Sperrzeiten und verringert das Takten.
SG Ready ist eine Schnittstelle, über die eine Energiesteuerung die Betriebsart der Wärmepumpe beeinflusst.

Formeln

Jahresarbeitszahl: $JAZ = \frac{Q _{W}}{W _{el}}$; $Q_{W}$ gelieferte Wärme in kWh, $W_{el}$ aufgenommene elektrische Energie in kWh im selben Zeitraum
Strom bei Drehstrom: $I = \frac{P}{3 \cdot U \cdot c o s φ}$; $P$ Wirkleistung in W, $U$ Außenleiterspannung in V, $cos φ$ Leistungsfaktor
Gespeicherte Wärme: $Q = m \cdot c \cdot Δ ϑ$; $m$ Masse in kg (1 l Wasser ≈ 1 kg), $c$ spezifische Wärmekapazität, für Wasser $4, 19 kJ/(kg \cdot K)$ , $Δ ϑ$ Temperaturdifferenz in K

Typische Fehler in der Prüfung

Kilojoule nicht in Kilowattstunden umgerechnet; $1 kWh = 3600 kJ$ .
Bei Drehstrom den Faktor $3$ vergessen oder mit 230 V statt 400 V gerechnet.
JAZ als elektrische Energie durch Wärme berechnet, also den Kehrwert gebildet.
Heizstab und Verdichter an einem gemeinsamen Stromkreis angeschlossen.

Tipps aus der Werkstatt

Jahresarbeitszahl = gelieferte Wärme geteilt durch aufgenommene elektrische Energie, beides in kWh. Je höher, desto besser; die JAZ ist ein Verhältnis und hat keine Einheit.
Wärmepumpen bekommen einen eigenen Stromkreis, meist einen eigenen Zähler oder Steuerbaren Verbraucher nach § 14a EnWG und eine Schnittstelle zum Netzbetreiber oder Energiemanager. Anlaufstrom und Leitungsschutz passend zum Motor wählen, nicht nur zur Nennleistung.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

18 Aufgaben zu „Wärmepumpen und Heizungsanschluss“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (18.12.2020), Lernfeld 10 EGT; VDE-AR-N 4100; § 14a EnWG. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.