用于热泵系统项目规划的软件(热泵系统规划程序计算)「热泵系统设计」

威能

图 1 热泵设计和规划需要专业知识和专用软件。

热泵系统是新建筑供热的领先技术，也是未来供暖现代化的领先技术。
然而，设计、规划、集成到热分配中以及正确的调整需要专业知识和计算机辅助规划工具——特别是如果它们在未来越来越多地成为当地能源系统的一部分，并具有发电和储存能力。
否则，不必要的高运营成本或对地热源的破坏是不可避免的。
热泵软件提供了更多的规划安全性。

文章简述 与标准计算方法相比，热泵仿真程序可以更精确地预测能源需求和供热、运营成本和盈利能力，还可以对复杂系统进行规划和优化。
这包括与其他能源发电系统的组合，通过光伏系统或热电联产厂使用自己的电力，考虑电池存储系统，并越来越多地考虑与能源管理系统相结合，直至参与电力交易。
除了专业的设计和安装外，热泵在调试过程中的调整也很重要。
否则，尽管有精确的个人计算，但仍存在不必要的高能耗和不满意的客户提起诉讼的风险。

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图 2 为热泵规划提供制造商特定的设计程序，...

WPsoft软件

图3 ...以及制造商中立的热泵模拟程序......

这一发展令人印象深刻：根据德国热泵协会 （BWP） 的同比比较，2021 年热泵的销量同比增长 28%，达到 154,000 台。
根据德国供暖工业联邦协会 （BDH） 的数据，2022 年上半年的销售额与去年同期相比增长了 25%。
然而，如果可用性更高，销量可能会大大高于 96,000 台热泵。

对于新住宅建筑的批准，供暖热泵现在作为主要供暖系统的配额超过80%，而对于建筑物竣工，这一比例超过50%。
在联邦高效建筑资金 （BEG） 的个别措施“供暖系统”中，仅适用于供暖现代化，在 2021 年 9 月至 2022 年 8 月的 12 个月内，BAFA 申请了 318,103 台供暖热泵的补贴。
能源市场的最新发展和政治目标将进一步推动需求。
从 2024 年起，每年至少安装 500,000 台新的供暖热泵。

这些热泵系统，尤其是现有建筑物中的热泵系统，必须仔细规划。
这是因为热泵在运行过程中被证明是敏感的“天后”，它们只能在狭窄的范围内发挥最佳作用。
因此，必须根据其季节性依赖性尽可能精确地计算其运行数据，以便热泵系统能够随时以节能的方式提供必要的流动温度。

热泵仿真程序可精确预测满足边界条件的年度性能系数 （COP）、运营成本和盈利能力，还可以规划和优化复杂系统，例如与其他发电系统组合或通过光伏、光伏热电或热电联产厂使用自己的电力。

制造商的预测或根据法规确定的值通常与实际运行数据不同。
这在一定程度上是由于热泵加热系统的运行行为和成本效益取决于许多因素。
除了建筑、位置或气候数据外，还必须考虑源温度和温度要求之间的相互作用。
如果交叉使用多个热源，则在大多数情况下，法规无法提供结果。

维拉·索拉里斯

图片 4 ...以及可灵活部署的建筑和工厂仿真程序。

此外，热源的输出和温度会受到季节性波动的影响，供暖和热水需求也会受到影响。
为确保它们在一年中的任何时候都能满足产热量和舒适度的要求，必须以随时间变化的方式尽可能精确地计算和检查热泵运行数据。

与符合 VDI 4650-1 [1] 的 JAZ 计算器相比，JAZ 计算器仅考虑热泵、热水温度或循环泵性能的基本数据，仿真计算可实现更精确的计算、系统配置优化以及更真实的运营成本和摊销预测。

与标准程序相比，可以实现更高的JAZ，从而可能获得更有利的供资条件。
然而，由于相互作用和温度依赖性，现有建筑物中的系统、饮用水加热比例高的系统以及具有多个热发生器的二价系统需要大量的计算工作。

仿真程序不仅可以根据现场的外部温度自动确定所需时间分辨率的运行数据。

Hottgenroth / ETU 软件

图 5 在计算之前，输入位置、气候、建筑和使用数据，...

使用情况变化对系统年度性能因素和盈利能力的影响也可以使用图形生动地呈现给客户：如果热水消耗量或室温要求增加，系统的能源效率就会降低。

通过计算具有不同边界条件的项目，例如源、源大小、存储解决方案、热泵、运行模式等，也可以更轻松地优化项目。
如果一个接一个地计算备选方案并存储为带注释的系统变体，则可以更轻松地比较系统和配置。

还可以避免设计错误，例如在地热探头的尺寸方面。
模拟程序还可用于检查关键阶段的热量提取，以避免土壤结冰。

热泵规划计划适用于不同的目标群体：建筑商、房主和商人可以使用在线规划器或 JAZ 计算器来估算系统或探索融资机会。
BWP网站在“工匠”标题下为此提供了各种在线规划工具。

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图6 ...以及从数据库中选择组件。

alpha innotec、Brötje、Remeha、Roth Werke 等为热泵制造商的安装人员和专业贸易合作伙伴提供的免费计算和设计程序提供与表格市场概述中独立于制造商的程序类似的计算功能。
但是，数据库仅包含来自相应制造商的设备数据。
大多数制造商程序是 GeoTSOL 或 WP-OPT 程序的公司版本。

瓦伦丁软件

图 7 默认值、合理性检查或帮助文本（例如，关于操作模式）支持输入。

因此，在本市场概述中，仅以威能的独立 plansoft 软件为例。
但是，特定于供应商的软件可以承担跨供应商程序难以涵盖的重要任务。
例如，威能的另一款用于加热热泵的在线快速设计工具根据特定项目为控制系统提供了所有特定于设备的设置值（见下文和：加热热泵快速设计工具，TGA 05-2022）。

对于 TGA+E 规划人员和能源顾问来说，独立于制造商的仿真程序最适合规划和优化热泵系统。
他们根据 VDI 4650-1 计算与补贴计划相关的 JAZ，并通过模拟计算，与其他能源或供暖系统进行运营成本比较，确定年度成本，同时考虑组件的使用寿命、利息和年度能源价格上涨，以及根据各种电力供应商的电价计算的电力消耗和电力成本。

此外，还计算了热源的温度分布、月平均热需量、流动温度和加热能力等，并在适当的情况下分为加热和热水。
DK-Integral、IDA ICE 或 Polysun Designer 等热建筑仿真程序不是专门为热泵规划设计的，但它们还允许在建筑物的任何时间步长和非常复杂的系统组合中进行耦合仿真考虑用户定义的规则策略。

在热泵、集热器、锅炉或储罐的产品数据中，差异已经很明显：只有在关键操作条件下，只有使用精确的数据才能进行实际计算。
考虑的操作点、参数和性能数据越多，计算结果就越准确。

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图8 重要的计算结果是年性能因数、热平衡和电力平衡。

德国各个位置的精确土壤和气候数据同样重要，因此有时可以额外购买扩展或全球位置数据。
虽然所有程序都可以规划用于加热或饮用水加热的常见系统类型，但考虑的操作模式不同。

模拟的类型和质量也存在差异：标准模拟程序包括热泵、热源和建筑物在所需时间分辨率下的使用的计算。
然而，关键的操作条件，如土壤过度冷却/结冰，有时只能根据额外的详细模拟计算进行可选的研究。

光伏系统产生的发电量可以通过集成的光伏计算机或外部程序的接口相对精确地确定，具体取决于位置、方向和屋顶坡度。
这样就可以确定建筑物的电源和热源的现有能源供应的自给自足程度。
该软件考虑了太阳能发电的时间过程，并指示有多少自发电用于热水和供暖，或者可以向电力存储系统提供多少盈余。
在盈利能力比较中，可以考虑电价或上网电价，包括自发电的比例使用。

原理图计划、输入向导、默认值或帮助文本支持输入，合理性检查检查输入值是否存在错误和不一致。

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图 9 图表以所需的时间分辨率显示所有结果。

输出数据包括模拟的年度性能系数或根据 VDI 4650-1 或 DIN EN 14825 [2] 计算、有用能源、电力消耗、运营成本和经济效率。
此外，源温度的最大值，CO2-与传统系统相比，节省了运行时间等，以所需的时间分辨率（小时、日、周、月、年）以表格或图表的形式输出。
空气-水热泵的噪音排放和 TA Lärm 的要求也由一些程序（例如来自 plansoft）在声音计算器的帮助下进行检查。

带有清晰图表和比较的报告和报告支持客户建议。
根据用例（专家意见、购买决策、系统比较、技术援助），各种信息都很重要。
因此，报告内容应该是可自定义的。
ASCII、RTF、DOC、XLS、PDF 等导出接口可实现文本和图像信息的进一步处理和数字交换。

独立于制造商的热泵模拟程序的价格在 400 到 500 欧元之间，而完整版本和建筑模拟程序的成本要高得多。

在实践中，热泵既由暖通空调安装人员组装和安装，也由设计和规划。
因此，热泵制造商越来越多地提供简单的设计程序，即使没有专业知识也可以操作。

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图 10 不同的系统配置可以毫不费力地相互比较。

威能

图 11 某些程序还使用声音计算器检查声音发射。

例如，威能最近推出了一款在线快速设计工具，为专业贸易伙伴提供支持，特别是在系统的设计、安装和调整方面。

除了专业的设计和安装外，针对项目的调整是节能和无故障运行的先决条件。

对已投入运行的热泵系统的分析表明，它们通常经过最佳规划，但随后没有调整或调整不正确。
在实践中，这会导致产量预测未实现、运营成本高、客户不满意，并且不必要地损害热泵作为一项技术的声誉。

然而，只要已知的原因——知识不足、经验太少、缺乏培训和进一步的安装行业培训措施以及该行业技术工人的短缺——没有得到有效解决，热泵就很难为政治家和最近社会所期望的能源转型做出充分的贡献。
易于使用的热泵软件是一个重要的组成部分，因此可以将必要的资格认证攻势付诸实践。

然而，在规划热泵系统时，应该考虑到它们是非常复杂的系统——特别是与其他能源发电系统、使用自发电、电池存储系统或复杂的系统组合和控制技术相关——其设计必须仔细考虑它们相互依赖性和时间依赖性中的许多参数。

然而，这需要仿真程序和工程知识，而这在具有广泛基线的小规模专业行业中通常不可用。
为了同时满足日益增长的需求和有限的设计能力，已经形成的具有集成能源管理的全面完整解决方案的趋势可能会加速，并且可能还会将用于此类系统的全新一代设计和计算工具以热泵作为核心元件推向市场。
玛丽安·贝哈内克

Gentner Verlag / Behaneck

比较概述：热泵规划软件。
（点击图片放大）

类似主题的技术报告捆绑在TGA+E档案TGA+E-Software中

[1] VDI 4650 第 1 部分：热泵系统年度性能系数的计算——用于空间供暖和饮用水加热的电热泵。
柏林：Beuth Verlag，2019 年 3 月

德国热泵协会

图12 除了专业的设计、规划和安装外，热泵在调试过程中的调整也很重要。

[2] DIN EN 14825 用于空间加热和冷却的带电动压缩机的空调、液体冷却器和热泵 - 部分负载条件下的测试和性能评级以及季节性性能系数的计算。
Beuth Verlag，柏林，2019 年 7 月

[3] Bonin， J.：《热泵手册——规划和项目规划》，柏林：Beuth Verlag，Beuth Praxis，2016 年

[4] Keller， L， Heigele， M.：热泵系统指南。
Kleinaitingen：ITM InnoTech Medien，2021 年

[5] Schellhorn， M.：仔细确定所有基本数据。
斯图加特：Gentner Verlag，SBZ 9-2018

[7] Schellhorn， M.：空气/水热泵的规划和技术。
海德堡/慕尼黑：第 1 至 3 部分，来自 de – das elektrohandwerk 3-、4- 和 5-2022，海德堡 Hüethig

[8] Schmid， W.：许多因素会减慢地源热泵的速度。
斯图加特：Gentner Verlag TGA+E 08-2022

[9] 有关热泵设计的更多信息：www.energie-experten.org www.fws.ch www.geothermie.de www.waermepumpe.de www.waermepumpe-austria.at

[10] 其他节目（精选）：Alphacheck （www.alpha-innotec.de）， Aquarea Desinger （www.aircon.panasonic.eu）， Heizungsplaner （www.broetje.de）， JAZ calculator （www.waermepumpe.de）， Nibe DIM （www.nibe.de）， Novelan concept （www.novelan.com）， Terra-Opt （www.viessmann.de）、热泵工具（)