Betriebssicherheit Mono-Block Wärmepumpen (z.B. 250A/252A) bei Stromausfall im Winter

[Heizungspilot]

Anlässlich der Umrüstung von Gas auf  WP habe ich mich aus Frostschutzgründen für eine Split WP entschieden. Leider habe ich dazu kein zeitnahes Angebot erhalten und habe mich von einem Fachbetrieb überreden lassen eine Mono Block WP Viessmann 252A zu verbauen und diese mit Frostschutzmittel Zusatz zu betreiben.

Nach Installation stellte sich jedoch heraus, dass Viessmann dazu die Freigabe verweigert.

Als Entwicklungsingenieur muss ich mich nun doch sehr wundern, wie man mit diesem Thema umgeht:

1. Untersuchungen zum Thema Mono Block Frostschutz bei Stromausfall zeigen, dass bei  -8°C Außentemperatur nach ca. 5 h +-1h Stromausfall die Wassertemperatur im Verflüssiger der Außeneinheit von 20°C startend (Nachtabsenkungsbetrieb) die Null Grad Grenze erreicht. Bei angenommenen  -4°C Außentemperatur ergäbe sich dann eine kritische Zeitspanne von 18K/14K (=Verhältnis der durchschnittlichen Differenztemperatur Wasser/Außen) x 5h = ca. 6,43 h = 385 min 

Quelle: Energiewende – Herausforderung
für die Luft / Wasser Wärmepumpe

2. Sieht man sich die Daten der Bundesnetzagentur zu Stromausfällen in Deutschland 2021 an, filtert die Ausfallsituationen kleiner 385 min Ausfalldauer heraus, so verbleiben 8456 Stromausfälle mit mindestens 385 min Dauer. Unterstellt man dabei eine (in diesem Fall wahrscheinlich verharmlosende) Gleichverteilung über dem Jahresverlauf, geht von 16 Eistagen (mit durchschnittlich  -4° C) im Jahr 2021 aus und bildet dann die Schnittmenge, ergibt das mindestens 16/365 x 8456 Stromausfälle = 371 kritische Stromausfälle für Mono Block Wärmepumpen pro Jahr in Deutschland !

Selbst min. 10 stündige Netzausfälle wurden in 2021 deutschlandweit noch 2477 mal erfasst !

Das ergibt min. 16/365 x 2477 = 109 extrem kritische, höchstwahrscheinliche Ausfall -Situationen für Mono Block WP.

VersUnterbr2021.xlsx (live.com)

Bei einer WP Lebensdauer von rd 25 Jahren ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Szenarios für alle WP Anlagen auf Mono Block Basis in D über der Lebenszeit das 25fache !

(Darin ist nicht berücksichtigt, dass die Netzstabilität seit 2022 weiter abgenommen hat und kein Windeinfluss)

Hat man bei Viessmann dazu tatsächlich keine Antwort, keine FMEA ?

[qwert089]

Hallo,

>>Außeneinheit von 20°C startend 

wenn du mit deine Luftwärmepumpe bei -8 Grad eine Nachtabschaltung fährst, hast du noch nicht verstanden wie man eine WP effizient betreibt 😞

Der Verflüssiger ist mit Armaflex gedämmt, es steht doch jedem Besitzer frei den Verflüssiger mit einer Zusatzdämmung auszustatten.

In diesem Video hat ein Besitzer eines Monoblock einen generischen Test gemacht, wie lange es dauert bis es zu einem Frostschaden kommt.

https://www.youtube.com/watch?v=D7KLbfYVgGg

und welche Möglichkeiten es generell zur  Vermeidung eines Schadens gibt.

Du kannst dir auch jederzeit eine Ersatzstromversorgung aufbauen.

Die bei Stromausfall unterbrechungsfrei die WP auf Akku-Betrieb umschaltet, oder zumindest die Pumpe weiter laufen lässt.

VG 

[Heizungspilot]

1. Wenn Du Deine Wärmepumpe durchlaufen lässt, hast wohl nur die Hälfte verstanden.

Ein Effizienzmaximum der Wärmepumpe führt nicht zum Kostenminimum für den Betreiber !

Eine Wärmepumpe hat eine typ. Nennbetriebsdauer (mit einem typ. Lastprofil) von 50.000 h, eine Hocheffizienzpumpe von 100.000 h 

Das kannst Du einseitig zu Gunsten der Effizienz und zu Lasten der Lebensdauer umsetzen und sparst dabei garantiert weniger Betriebskosten als im Gegenzug Instandsetzungskosten entstehen.

2.  Den Wärmeverlust von Mono Blocks hat man unter realen Bedingungen über Stunden gemessen und zwar einige Fabrikate mit und ohne zusätzliche Dämmung bei Stromausfall.

Die Temperaturverläufe im Verflüssiger wurden über der Zeit visualisiert. Dazu habe ich oben die Quelle genannt !

Jetzt brauchts bestimmt keine Versuche mit einer Wasserflasche im Gefrierschrank !

Auch Hinweise zur Konvektion sind Unsinn, da die Mono Blocks Schwerkraftbremsen/ Rückschlagventile eingebaut haben um genau diese Zirkulation zu unterbinden. Genau dieses Ventil (und das Filtersieb) vereist zuerst, womit selbst bei nur partieller Vereisung und anschließender Netzverfügbarkeit der Einfrierprozess kaum mehr gestoppt werden kann, da die Primärkreispumpe über ihre Proportionalregelung sofort drosselt. 

Genau diese Stelle wäre aus meiner Sicht zu hinterfragen, ob dieses Ventil (welches manuell auf die Offenposition stellbar ist) nicht dauerhaft offen stehen darf, um in diesem Fall eine Konvektionsströmung aufrechterhalten zu können.

Dieser manuelle Eingriff ist normalerweise nur zum Ablassen von Wasser vorgesehen (was im Video auch nicht erwähnt wird)

3. Ich habe keinerlei intellektuellen Probleme um hierzu Lösungen zu entwerfen und umzusetzen. Wenn ich aber eine Anlage für > 30.000€ kaufe, habe ich den Anspruch, so wie jeder andere auch, dass dieses Thema Betriebssicherheit erwartungsgemäß ab Werk gegeben ist.

Auch habe ich bei diesen Kosten keine Zahlungsbereitschaft für zusätzliche dafür vorgesehene System wie z.B. die von Fa. Hewalex !

[qwert089]

zu 1

das Haus hat über 24h einen bestimmten Wärmeverlust. zB. 120 kWh

mit Nachabschaltung ist dieser vielleicht 2-3 % geringer , je nach AT

Jetzt kann an diese 120 kWh mit Teillast konstant über 24h ausgleichen.

Oder man versucht 117 kWh innerhalb von nur 16h in das Haus zu bekommen.

Dazu muss der Verdichter mit einer höheren Frequenz laufen und mit einen höheren Verflüssiger Druck -->  mehr Verschleiß am Verdichter

bei -8 Grad läuft die HE Pumpe sowieso 24h

zu 2,

poste bitte mal der link dieser Untersuchung, ich habe da über Google nicht gefunden.

Danke

[Heizungspilot]

Nein, der Verdichter läuft primär mit etwas höherer Drehzahl um den Kältemittelmassenstrom für die höhere

Leistung zu erhöhen. Die Druckverhältnisse ändern sich dabei nur wenig, da das Expansionsventil elektronisch geregelt wird.

Der 24h Schleichmodus ist keineswegs verschleißärmer, da die Tribologie der Lagerung der beiden Rotoren dabei schlechter ist als bei mittleren Drehzahlen.

Nachzulesen hier:

"Elektrischer Scrollverdichter in PKW Klimaanlage mit Wärmepumpe" S. Seite 4, mittlerer Abschnitt !

Frostproblematik Mono Blocks nachzulesen hier:

https://www.ihks-fachjournal.de/fachartikel/download.php?title=energiewende---herausvorderung-fuer-d...

[qwert089]

Danke

Habe mir das Patent von Stiebel gerade durchgelesen.

Das ist eigentlich ein ziemlich guter und  relativ einfacher Ansatz.

Das lässt sich auch nachträglich gut umsetzen.

Man klebt einfach 2 oder 4 Grafikkarten Wasserkühler auf den Verflüssiger.

Bei Stromausfall öffnet sich ein Magnetventil an der Wasserleitung im Haus und die  Wasserkühler am Verflüssiger  werden durchströmt.

Das Wasser geht geht zurück ins Haus und dort  in den Abfluss.

Die kleinen Schläuche für Vor und Rücklauf des Wasserkühler legt man mit in die Dämmung von Vor und Rücklauf der WP.  Dann können die Rohre auch nicht einfrieren.

Das Patent scheint wohl schon ausgelaufen zu sein.

Echt schade dass das kein Hersteller anbietet.

Das würde vielleicht 100 € kosten.

[Heizungspilot]

Ja, am besten gleich einen kleinen Netzwasserschlauch um die Vorlaufleitung herum winden, weiter zum Verflüssiger, Luftabscheider und über die Rücklaufleitung.

Problematisch wäre nur wenn das Wassernetz nach dem Stromnetz auch noch zusammenbricht.

Eigentlich wollte ich das verbaute Rückschlagventil von Viessmann thematisieren. Obwohl ich mehr als 3 Jahrzehnte Automotive Verdichter entwickelt habe, erschließt sich mir der Sinn dieses Ventils nicht.

Schlimmer noch, ich vermute nur Nachteile, lasse mich aber gerne korrigieren.

Wenn unterhalb von ca. 8°C Außen die Pumpe 24/7 läuft, kann das Thema Wärmeverluste nicht so wichtig sein, dass ich oberhalb von 8°C Außen die natürliche Zirkulation unterbinden muss, selbst wenn diese die Fließrichtung ändert. Vorstellbar wäre ggf. eine Fehldiagnose des Vor bzw. Rücklauftemperatursensors, was via SW jedoch leicht beherrschbar wäre.

Bei Netzausfall wäre eine leichte natürliche Zirkulation über die Inneneinheit "lebensrettend". Warum muss diese unterbunden werden ? Außerdem wäre "Wasserlassen" im Notfall wesentlich vereinfacht, da die Außeneinheit nicht geöffnet werden müsste um das Rückschlagventil manuell zu öffnen. 

[Heizungspilot]

> 2 Wochen nach Themaeröffnung keinerlei Reaktion von Viessmann ?

@Flo_Schneider  

[HBH]

Hatte zu dem Thema Stromausfall u. Monoblock Ende 2022 einen Thread aufgemacht. Leider mit keiner zufriedenstellenden Antwort.

https://www.viessmann-community.com/t5/Waermepumpe-Hybridsysteme/Stromausfall-bei-Frost-Monoblock-Wa...

Das für den Notfall nicht einmal eine einfache "Entleerung" der Außeneinheit möglich ist, ist schon fast eine Ignoranz des realen Frostschutzproblems seitens des Herstellers. Wer kommt eigentlich für den wirtschaftlichen Schaden auf, wenn die Außengeräte aufgrund nicht vorhandener technischer Vorbereitung. einfrieren? Höhere Gewalt wäre als Ursache für dieses Szenario wohl auszuschließen.