Erneuerbare Energien

Schulungsstand S5

Sowohl im Elektro- als auch im SHK-Handwerk müssen in der beruflichen Erstausbildung und in der Weiterbildung verstärkt die erneuerbaren Energietechniken vermittelt werden. Dabei gilt bei den Lehr- und Lernkonzepten ebenso wie für alle energetischen Anwendungen die Forderung nach effizienter und optimierter Prozessgestaltung! Für die Methodik und Didaktik von Lernprozessen erfüllen vor allem handlungsorientierte Konzepte diese Forderungen.

Aus diesem Grunde bietet Christiani für die berufliche Bildung neuentwickelte Schulungsstände an, die eine optimale fachliche Qualifizierung im Bereich der Solarthermie und der Wärmepumpentechnik mit elektrotechnischem und hydraulischem Fachwissen ermöglicht! Das System besteht aus fünf mobilen Schulungsständen (nachfolgend S1 bis S5 benannt), die in verschiedenen Kombinationen zusammengeschaltet werden können: 

• Solewärmepumpe mit allen hydraulischen und elektrischen Anschlüssen, Temperatur- und Druckanzeigen im Kälte- und Heizkreis
• Die klassische Solewärmepumpe ist mit hochwertigen Betriebsmitteln wie einem Scrollverdichter, Plattenwärmetauschern, Expansionsventil und weiteren Bauteilen aufgebaut.
• Als Kältemittel wird R 407 c verwendet.
• Zur messtechnischen Bewertung zeigen zwei Manometer den Druck im Hoch- und Niederdruckteil an. Auf der Druckskala ist zusätzlich die entsprechende Verdampfungstemperatur für R 407 c ablesbar. Am Schaltund Messbord sind neben dem Hauptschalter zusätzliche Schalter für die Sole- und Heizkreisumwälzpumpe und die Anschlussbuchsen dazu angeordnet.
• Zur Sicherheitsüberwachung zeigen Kontrolllampen Störungen der Presostaten und der Thermostaten im Heiz- und Kältekreis an. Die Temperaturen im Kältekreis werden mit digitalen Temperaturanzeigen mit zusätzlicher Min/Max-Anzeige registriert.
• Alle Anschlüsse am Kältequellen- und Heizkreis werden über selbst dichtende Schnellkupplungen hergestellt. Zum Spülen und Befüllen der Kreise sind entsprechen de Armaturen mit Schnellkupplungen angebracht.
• Mit dem Schulungsstand Wärmepumpe können alle Servicearbeiten, Prüf- und Betriebsaufgaben zu Wärmepumpen in Verbindung mit den anderen Schulungsständen realisiert werden. Das gesamte Schulungssystem entstand aus einer 20-jährigen Bildungserfahrung zu heizungstechnischen Anlagen unter Aspekten der Energieeffizienz.
• Mit den praxisnahen Anwendungsbeispielen des Wärmepumpensystems wird in kurzer Schulungszeit ein Höchstmaß an Know how-Transfer und Qualifizierungserfolg für diesen erneuerbaren Energiebereich erreicht.

Nachfolgende Lernziele können mit dem Lehrsystem erreicht werden

• Verständnis systemtechnischer Bedingungen von Wärmepumpenheizungen und Solathermieanlagen.
• Kenntnisse der elektrischen, hydraulischen und regelungstechnischen Betriebsbedingungen am Beispiel einer Wärmepumpenheizanlage oder einer Solarthermieanlage.
• Wissen zu den physikalischen Prozessen im Kältekreis einer Wärmpumpe.
• Systematisches Handeln zur Inbetriebnahme einer Wärmepumpenheizanlage oder einer Solarthermieanlage.
• Fähigkeiten zum handlungsorientierten Planen, Aufbauen und Inbetriebnehmen von Wärmepumpen- und Solarthermieheizsystemen.
• Fähigkeit zum Erstellen von Prüfprotokollen an Wärmepumpenheizanlagen und solarthermischen Anlagen.
• Kompetenz zum messtechnischen Erfassen und Bewerten von elektrischen und hydraulischen Prozessen am Beispiel von Wärmepumpen- und Solarthermiesystemen.
• Verständnis von Prozessen der energetischen Optimierung in Heizungsanlagen mit Wärmepumpen und Solarthermie.
• Kenntnisse der Begriffe und zu den Betriebsmitteln von Wärmepumpen- und Solarthermieanlagen.
• Fähigkeit, elektrische und hydraulische Messwerte in Wärmepumpenheizungsanlagen zu beurteilen und darauf bezogene Prozessänderungen zu planen.
• Verständnis zur regelungstechnischen und energetischen Optimierungen von Umwälzpumpen in Heizsystemen.
• Kompetenz zur Optimierung von energetischen Prozessen in Heizungsanlagen.

- Schulungsstand Wärmepumpe und
- die Versuchsanleitung

Die Versuchsanleitung ist ein fester Bestandteil des gesamten Lehrsystems und wird bei
Lieferung des Lehrsystems kostenfrei mitgeliefert.
Die Versuchsanleitung kann nicht separat käuflich erworben werden!

Das über Jahrzehnte aufgebaute didaktische und technische Fachwissen von Willi Kirchensteiner (Urheber und Entwickler dieses Lehrsystems) spiegelt sich in der Versuchsbeschreibung wieder.
Wie auch die anderen Versuchsanleitungen zur Fachraumausstattung von Christiani besteht auch dieses Dokument aus

• Theoretischer Teil (Grundlagen)
• Versuchsbeschreibung (Aufbau der Versuche)
• Aufgabenblätter
• Lösungen

Gliederung des Moduls Wärmepumpe

Teil 1: Energietechnisches Basiswissen zur Wärmepumpe
1.        Die Wärmepumpe im Heizungsmarkt
1.1      Die Wärmepumpe – ein Beitrag zur effi zienten Energienutzung
1.2      Von der Primärenergie zur Nutzenergie
1.3      Hintergrundinformation zur Energiewandlung
1.4      Struktur und Entwicklung des Endenergieverbrauchs in Deutschland
1.5      Anteile der verschiedenen Energieträger im Heizungsbereich
1.6      Energiesysteme im Bereich erneuerbarer Energienutzung
1.7      Energiefl ussdiagramm und CO2-Bilanz bei einer Öl-Zentralheizung
1.8      Energiefl ussdiagramm der Wärmepumpe
1.9      Gesamtkostenvergleich
1.10    Preisentwicklung der Energieträger und Auswirkungen auf die Wärmepumpe
1.11    Gute Gründe für die Wärmepumpe
1.12    Müssen für Wärmepumpen neue Kraftwerke gebaut werden?

Teil 2: Physikalische Grundlagen zur Wärmepumpe
2.1      Wärmemenge „Q“ = Quantum
2.2      Leistung „P“ = Power
2.3      Kälte- und Heizleistung bei Wärmepumpen
2.4      Verdampfen, verdichten, verfl üssigen und entspannen
2.5      Änderungen des Aggregatzustandes
2.6      Der thermodynamische Prozess
2.7      Modellvorstellungen zum Heizen
2.8      Modellvorstellung und Physik der Wärmepumpe
2.9      Der Verdampfer – Physik und Aufbau
2.10    Der Verdichter
2.11    Der Verflüssiger
2.12    Das Expansionsventil
2.13    Energetische Beurteilung von Wärmepumpen
2.14    Leistungszahl nach Carnot und die Realität

Teil 3: Grundlagen der Anlagenplanung
3.1      Die Wärmequellenanlage
3.2      Rahmenbedingungen zur Wärmepumpenplanung
3.3      Wärmebedarfsermittlung
3.4      Energie-Einspar-Verordnung „EnEV 2007“
3.5      Die Wärmequellen- und die Wärmenutzungsanlage
3.6      Genehmigungsverfahren für die WQA
3.7      Planung einer Grundwasser-Wärmepumpenanlage
3.8      Berechnungen zu einer Wasser/Wasser-Wärmepumpenanlage
3.9      Förderpumpenauswahl
3.10    Die Sole-Wasser-Wärmepumpe
3.11    Horizontal- und Vertikal-Absorber für Erdreich-WP
3.12    Montagebedingungen bei Sole-Wärmepumpen
3.13    Berechnungen zu Sole-Wärmepumpenanlagen
3.14    Sonderformen bei Sole-Wärmepumpenanlagen
3.15    Die Luft/Wasser-Wärmepumpe
3.16    Auslegung und Betriebsarten der Luft/Wasser-WP
3.17    Leistungswahl der Luft/Wasser-WP

Teil 4: Anlagentechnik bei Wärmepumpen
4.1      Der Verdampfer oder Verfl üssiger
4.2      Der Verdichter
4.3      Das Entspannungsventil = Expansionsventil
4.4      Schaltplan und Leistungsschild zur Laborwärmepumpe LA 9P (Luft/Wasser-WP)
4.5      Schaltplan zur Laborwärmepumpe WSW 50 (Sole/Wasser-WP)
4.6      Das Kältemittel
4.7      Heizkreistechnik und Hydraulik
4.8      Zusammenhänge zwischen Temperaturen, Leistungen und Arbeitszahl
4.9      Besonderheiten und Montagebedingungen bei Luft/Wasser-WP
4.10    Regelung bei Wärmepumpenanlagen
4.11    Warmwasserbereitung mit der Wärmpumpe
4.12    Elektroanschluss und Tarifschaltung bei Wärmepumpen

Teil 5: Anwendungskonzepte mit Wärmepumpen
5.1      Kontrollierte Wohnraumlüftung mit der Wärmepumpe
5.2      Zentrale Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung
5.3      Die technische Konzeption einer Lüftung mit Nacherhitzung
5.4      Innovative Heizungs- und Lüftungstechnik mit einer Abluftwärmepumpe
5.5      Die technische Konzeption des Lüftungsprojektes im Laborraum des BZS
5.6      Das Integralgerät LWZ 303 von Stiebel-Eltron
5.7      Betriebsempfehlungen für Wärmepumpenanlagen

Arbeitsblätter
Teil 1:  Energietechnisches Basiswissen zur Wärmepumpe
Teil 2:  Physikalische Grundlagen zur Wärmepumpe
Teil 3:  Grundlagen der Anlagenplanung
Teil 4:  Anlagentechnik bei Wärmepumpen
Teil 5:  Anwendungskonzepte bei Wärmepumpen

Versuchsbeschreibungen zum Lehrsystem
elektrische, hydraulische und regelungstechnische Untersuchungen
1)        Bedingungen beim Zusammenschalten der Schulungsstände
2)        7 exemplarische Anordnungen a) bis g)
3)        Sicherheitstechnische Anmerkungen:
4)        Die Schulungsstände – Funktionsbeschreibungen –
5)        Technische Daten und Nutzungsbedingungen
6)        Versuchsdurchführung und Messaufgaben:
7)        Lösungen zu Versuchsdurchführung und Messaufgaben