TER Wert – Gleichzeitige Nutzung von Kälte und Wärme

Published On: 4. September 2023By Tags: , ,

TER Wert – Gleichzeitige Nutzung von Kälte und Wärme

Bei Gebäuden und Industrieanwendungen, welche in verschiedenen Räumen gleichzeitig einen Kälte- und Wärmebedarf haben, sind Maschinen in 4 Leiter Ausführung eine gute Wahl. Dies ist oft bei Krankenhäusern oder Produktionsprozessen der Fall. Durch ein ausgedachtes Anlagensystem in dem Kaltwassersatz / Wärmepumpe sind nur noch die hydraulischen Kreisläufe anzuschließen. Die Regelung und Energieverteilung wird durch den intelligenten Maschinenregler übernommen. Die Geräte stehen als Wasser-/Wasser oder Luft-/Wasser Ausführung zur Verfügung.
Eurovent bietet die Möglichkeit, sogenannte 4-Leiter-Einheiten (4-pipe Units), die kühlen, heizen oder gleichzeitig kühlen und heizen können, zu zertifizieren.

Der Effizienzwert hierzu wird „Total Efficiency Ratio“ (TER) genannt und berechnet sich aus der Summe von Kälteleistung und Heizleistung dividiert durch die gesamte Leistungsaufnahme. Dieser unterscheidet sich somit von den Effizienzwerten EER für die Kälteerzeugung und dem COP für die Wärmeerzeugung. Der höchste TER Wert bei kompletter, gleichzeitiger Nutzung der Kälte- und Wärmeenergie. In diesem Fall können Werte > 10 erreicht werden.

Bei den 4-Leiter-Einheiten werden grundsätzlich 2 Typen unterschieden:

► Typ A
Diese Ausführung (Bild 2) kann zwei getrennte Wasserkreisläufe mit Kühl-
und Heizenergie versorgen. Es kann nur gekühlt, nur geheizt oder gleichzeitig gekühlt und geheizt werden. Ein Kreislauf liefert immer Kälte und der andere Wärme. Wenn die Geräte gleichzeitig kühlen und heizen, ist die Heizenergie die zurückgewonnene Energie, die aus dem Kühlbetrieb des Geräts stammt.

Bild 2: Funktionsdarstellung einer 4‑Leiter‑Einheit vom Typ A (Quelle: Eurovent Certification)

► Typ B
Der zweite Typ (Bild 3) kann einen Kreislauf entweder kühlen oder heizen
und den zweiten Kreislauf nur heizen. Diese Geräte sind an zwei Wasserkreisläufe

Bild 3: Funktionsdarstellung einer 4‑Leiter‑Einheit (2+2 Leiter) vom Typ B (Quelle: Eurovent Certification)

angeschlossen: ein Kreislauf ist für die saisonale Komfortkühlung und -heizung, der zweite Kreislauf ist für die Erzeugung von warmem Brauchwasser bestimmt. Wenn das Gerät den ersten Kreislauf kühlt, ist die Heizung im zweiten Kreislauf die zurückgewonnene Energie, die aus dem Kühlbetrieb des Geräts stammt.

Der Unterschied zwischen 4-Leiter-Einheiten und herkömmlichen Kaltwassersätzen mit Wärmerückgewinnung bzw. zu reversiblen Wärmepumpen ist wie folgt:

Bei Kaltwassersätzen mit Wärmerückgewinnung wird nur der Kältekreislauf kontrolliert, die Wärmeerzeugung resultiert aus der Kälteerzeugung. Eine alleinige Wärmeerzeugung ist nicht möglich (Bild 4). Es sind zwei Kreisläufe vorhanden.

Bild 4: Funktionsdarstellung eines Kaltwassersatzes mit Wärmerückgewinnung (Quelle: Eurovent Certification)

Bei reversiblen Wärmepumpen gibt es nur einen hydraulischen Kreislauf, dieser wird entweder mit Kälte oder mit Wärme versorgt. Die 4-Leiter-Einheiten können laut Eurovent wie in Tabelle 1 aufgezeigt unterschieden werden.

Tabelle 1: Klassifikation von 4‑Leiter‑Einheiten nach Eurovent (Technical Certification Rules of the Eurovent Certified Performance Mark, Tabelle 17)

Multifunktionale Einheiten 4‑Leiter‑Einheiten 2+2‑Leiter‑Einheiten
Typische Anwen‑ dungsbereiche Kommerziell und industriell Häuslich
System zwei separate und unabhängige Wasserkreisläufe
Wärmequelle Luft oder Wasser
Gleichzeitige Kälte‑ und Wärmeerzeugung Ja
Heizung im zweiten Wasserkreislauf Kann genutzt werden, Wärme resultiert aus der Kälteerzeugung
Anzahl der Kälte‑ kreisläufe 1 oder mehr 1 oder mehr 2 oder mehr
Wasserkreislauf 1 Nur Kühlen Kühlen oder Heizen Kühlen oder Heizen *
Wasserkreislauf 2 Nur Heizen Nur Heizen Nur Heizen
Typ Typ A Typ B1 Typ B2

* Gleichzeitige Erzeugung von Wärme in Wasserkreislauf 1 und 2. Die Einheit kann zu jeder Zeit auf einem Wasserkreislauf Wärme erzeugen.

Die verpflichtenden Test- und Bewertungsbedingungen sind wie folgt fixiert:

4‑Leiter‑Einheiten (Typ A)

Drei Tests werden benötigt: Kühlen, Heizen, Kühlen und Heizen (TER)

Luftgekühlte Einheiten

Umgebungs- temperatur Temperatur im Wasserkreislauf 1 Temperatur im Wasserkreislauf 2
Kühlen 35 12/7
Heizen 7 40/45
Kühlen und Heizen (TER) */7 */45

Wassergekühlte Einheiten

Umgebungs- Temperatur im Temperatur im
temperatur Wasserkreislauf 1 Wasserkreislauf 2
Kühlen 30/35 12/7
Heizen 10/7 40/45
Kühlen und Heizen (TER) */7 */45

Für die TER-Prüfung sind dieselben Wasserdurchflussmengen zu verwenden, die im Kühl- und im Heizbetrieb ermittelt wurden. Die Gesamtkapazität wird gemessen und durch die elektrische Leistungsaufnahme (Pe) geteilt.

2+2‑Leiter‑Einheiten (Typ B1 und B2)
Drei Tests werden benötigt: Kühlen, Heizen, Brauchwasser (DHW = domestic hot water)

ter-wert-leiter-einheiten-neu

Für die TER-Prüfung sind dieselben Wasserdurchflussmengen zu verwenden, die im Kühl- und im Heizbetrieb ermittelt wurden. Die Gesamtkapazität wird gemessen und durch die elektrische Leistungsaufnahme (Pe) geteilt.

KÄLTEKREISLAUFSCHEMA FÜR HEIZEN UND KÜHLEN

Um den Ablauf in der Maschine besser zu verdeutlichen, wird dies an dem Kältekreislauf nachfolgend erklärt. Zuerst betrachten wir den Fall KÜHLEN. Über den Verdampfer wird die notwendige Kälteleitung auf das Kaltwasser übertragen, die entsprechende Verflüssigerleistung wird über die Kondensatoren an die Umgebungsluft abgegeben. Der Wärmetauscher HEIZEN wird vom Kältemittel sowie vom Wasser nicht beaufschlagt.

Bild 5: Kältekreislaufschema 4-Leiter Einheit KÜHLEN (Quelle: Clivet)

Nun nehmen wir den Betriebsfall HEIZEN unter die Lupe. Als Wärmequelle für den Verdampfer dient die Umgebungsluft, dieser wird über die Lamellenwärmetauscher die notwendige Energie entzogen und über den Kältekreislauf an den Verflüssiger abgegeben. Das 4-Wege Umschaltventil regelt die Flussrichtung des Kältemittels. Der Wärmetauscher KÜHLEN (Verdampfer) wird vom Kältemittel sowie vom Wasser nicht beaufschlagt.

Bild 6: Kältekreislaufschema 4-Leiter Einheit HEIZEN (Quelle: Clivet)

Nachdem wir die Betriebsfälle KÜHLEN oder HEIZEN betrachtet haben, legen wir unser Augenmerk auf den Betriebsfall, für welchen die Einheiten ausgelegt wurden: gleichzeitiges KÜHLEN und HEIZEN. Über dem Verdampfer wird dem Wasser die Wärmeenergie entzogen und auf das Kältemittel übertragen. Das Kaltwasser dient als Wärmequelle. Dies ist ein Unterschied zum Betriebsmodus HEIZEN, hier dient die Umgebungsluft als Wärmequelle und der Luft-Lamellenwärmetauscher als Verdampfer. Das 4-Wege Umschaltventil regelt die Flussrichtung des Kältemittels. Der Luft-Lamellenwärmetauscher wird nicht mit Luft und Kältemittel beaufschlagt.

Bild 7: Kältekreislaufschema 4-Leiter Einheit KÜHLEN und HEIZEN (Quelle: Clivet)

FAZIT

Anhand der Kältekreisläufe ist ersichtlich, dass hier ein komplexerer Aufbau vorliegt als bei einer Einheit, die nur Kaltwasser erzeugt. Es ist ein weiterer Wärmetauscher montiert und es bestehen höhere Ansprüche an den Mikroprozessor. Diese Einheiten können bei gleichzeitiger Nutzung von Kälte- und Wärmeenergie sehr hohe Effizienzen erreichen. Um der erhöhten Marktnachfrage Rechnung zu tragen, hat Eurovent Ende Juli 2023 das frei verfügbare Dokument „Eurovent 18/01-2023: Seasonal efficiency index STER for polyvalent units“ veröffentlicht. In diesem Dokument wird der neu vorgeschlagene saisonaler Energieeffizienzparameter STER für polyvalente Einheiten definiert. Der STER-Index lehnt sich an die SCOP- und SEER-Indikatoren an, wertet aber die die Vorteile der Energierückgewinnung durch gleichzeitiges Heizen und Kühlen. Kapitel 1 erklärt, was ein polyvalentes Gerät ist (und was nicht) und wie es funktioniert, und begründet, warum die derzeitigen Bewertungsmethoden und Vorschriften nicht für solche Einheiten geeignet sind. Kapitel 2 definiert die Standard-Klimaprofile, Betriebsstunden, Lasten und Temperaturen, die berücksichtigt werden. Schließlich wird in Kapitel 3 die Berechnungsmethode und die Formeln zur Ermittlung des STER-Indexes und der zugehörigen Parameter beschrieben.

Weitere Informationen zu den Messtoleranzen und Messverfahren sind direkt dem Eurovent-Dokument „Technical Certification Rules of the Eurovent Certified Performance Mark – Liquid Chilling Packages and Hydronic Heat Pumps“ zu entnehmen.
LIQUID CHILLING PACKAGES AND HYDRONIC HEAT PUMPS (eurovent-certification.com)

Weitere Informationen zum saisonalen Energieeffizienzparameter STER sind dem Eurovent-Dokument “ Eurovent 18/01-2023: Seasonal efficiency index STER for polyvalent units“ zu entnehmen.
Eurovent REC 18-1 – Seasonal efficiency index STER for polyvalent units – 2023 – EN.pdf

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