Bivalente Wärmepumpe: Umschaltung auf Gas, Öl oder Propan

Die Gebäudeheizlast beträgt $Q_L(T)=UAmax(T_b-T,0)$. Nach dem in ASHRAE Handbook—Fundamentals, 2017, Chapter 19 beschriebenen Temperaturklassenverfahren werden Nutzwärme und Energieeinsatz der Geräte als $sum_j Q(T_j)h_j$ aufsummiert. Dies ist ein stationäres, ausschließlich temperaturabhängiges Bin-Modell, keine stündliche Simulation der Gebäudewärmebilanz.

Heizleistung und COP werden unabhängig voneinander linear zwischen den Punkten bei 47, 17, 5 und −5 °F im NEEP-Datenformat für kalte Klimazonen interpoliert. Oberhalb von 47 °F werden die Werte des 47-°F-Punkts beibehalten. Unterhalb von −5 °F wird die Wärmepumpe abgeschaltet. Der Nutzer kann eine frühere Abschaltung des Verdichters festlegen. Die vorgegebenen Gerätedaten stammen aus GREE extended ratings, April 2023, page 3, erste Spalte (70 °F Rücklufttemperatur); es handelt sich um Hersteller-Betriebsdaten, nicht um eine saisonale Bewertung nach AHRI.

Die vom Nutzer gewählten Faktoren für zusätzliche Abtauverluste sind $Q_{HP}=Q_{table}(1-d_Q w)$ und $COP=COP_{table}(1-d_C w)$ mit $w=exp[-((T-0,^{circ}C)/(5,K))^2]$. Diese glatte Hüllkurve um den Gefrierpunkt ist eine ausdrücklich gesetzte Szenarioannahme, keine Korrelation von NEEP oder AHRI. Setzen Sie beide Minderungen auf null, wenn die eingegebenen Daten die betreffenden Abtauverluste bereits enthalten.

Der Energieinhalt des Brennstoffs dient zur Umrechnung des Bezugspreises in $c_f=p_f/(H_feta_f)$ je kWh Nutzwärme. Kostengleichheit gilt bei $COP_*=p_e/c_f$. Die Suche berücksichtigt jeden Kennlinienstützpunkt. Aufeinanderfolgende lineare Abschnitte mit einem Abstand von null zur Gleichheit werden zu Gleichheitsintervallen zusammengefasst; isolierte Schnittpunkte werden gesondert für die Nullstellensuche nach Brent eingeklammert. Ein Gleichheitsintervall beginnt und endet unabhängig von der Suchrasterauflösung an seinen tatsächlichen Kennlinienstützpunkten. Gleichheit im Gesamtbereich setzt Gleichheit an allen Suchtemperaturen und Stützpunkten voraus; toleriert werden ausschließlich Gleitkomma-Rundungsfehler. Die empfohlene einzige Abschalttemperatur ist die wärmste Temperatur, unterhalb der eine Wirtschaftlichkeits- oder Leistungsbedingung verletzt wird. Zusätzlich wird die Abschalttemperatur des Verdichters berücksichtigt. Bei mehreren Schnittpunkten überspringt diese konservative Einzeleinstellung isolierte kältere Intervalle, in denen die Wärmepumpe vorteilhaft wäre.

Im vollelektrischen Fall deckt die Wärmepumpe den Bedarf bis zu ihrer verfügbaren Heizleistung; den Rest liefert die Elektro-Zusatzheizung mit COP 1. Im bivalenten Betrieb läuft oberhalb der gewählten Schwelle ausschließlich die Wärmepumpe und darunter ausschließlich der Warmlufterzeuger. Bei reinem Warmlufterzeugerbetrieb wird die gesamte Nutzwärme mit dem AFUE-Nutzungsgrad bereitgestellt. Die innerhalb jeder 5-°F-Klasse gleichverteilten Stunden werden mit der Mittelpunktsregel integriert. Dabei werden die Klassen an Umschalttemperatur, Abschalttemperatur des Verdichters, Heizgrenztemperatur und Kennlinienstützpunkten unterteilt. CO₂ ergibt sich aus dem Strombezug multipliziert mit dem Strommix-Emissionsfaktor zuzüglich des Brennstoffenergieeinsatzes multipliziert mit dem EIA-Emissionsfaktor der Verbrennung.

• Konstante Werte für UA, Heizgrenztemperatur, AFUE und verbrauchsabhängige Preise; ausreichende Leistung der Zusatzheizung zur Deckung der Heizlast.
• Der eingegebene COP gilt auch bei Teillast des Gebäudes; Modulation, Taktbetrieb, Verteilverluste, Bereitschaftsverluste und Hilfsstrombedarf werden nicht gesondert abgebildet.
• Der vorgegebene UA-Wert ist ein Beispiel für ein kleines Gebäude. Boston TMY3 ist unabhängig von den landesweiten Brennstoffpreisbeispielen.
• Die zusätzlichen Abtauminderungen von 0,08 für den COP und 0,05 für die Heizleistung sind anpassbare Szenarioannahmen. Der Strommix-Emissionsfaktor von 0,30 kg/kWh dient der Veranschaulichung.
• EIA-Energieinhalte: 100.000 Btu/therm, 138.500 Btu/US gal Heizöl, 91.452 Btu/US gal Propan. Die zugehörigen Emissionsfaktoren der Verbrennung betragen 52,91, 74,14 bzw. 62,88 kg CO₂ je Million Btu (EIA, September 2024).
• Das Boston-Histogramm wurde aus 8.760 EPW-Datensätzen zur Trockentemperatur abgeleitet; die untere Klassengrenze ist eingeschlossen, die obere ausgeschlossen. In den 380 Stunden bei mindestens 80 °F besteht innerhalb des zulässigen Heizgrenztemperaturbereichs kein Heizbedarf.

Die Leistungsdaten gelten von −5 °F bis zur Heizgrenztemperatur; oberhalb von 47 °F werden die Endpunktwerte beibehalten. Erweitern Sie den Betrieb niemals ohne zusätzliche Herstellerdaten auf Temperaturen unterhalb des kältesten eingegebenen Punkts. Fehlt eine wirtschaftliche Grenze, wird die Temperatur als nicht verfügbar angezeigt und dies in der wirtschaftlichen Einordnung erläutert; die Regelung wählt dennoch eine endliche Schaltschwelle. Ein endliches Intervall gleicher Kosten wird von einem isolierten Schnittpunkt unterschieden. Seine wirtschaftliche Grenze ist die wärmste im untersuchten Bereich liegende Intervallgrenze, an der die Kosten nicht mehr ungleich sind; die Endpunkte des wärmsten Intervalls stehen unter „So wird gerechnet“. Fehlt ein Leistungsschnittpunkt, liegt im durch die Daten abgedeckten Intervall kein thermischer Bivalenzpunkt vor.

Eigene jährliche Temperaturklassen decken −40 bis 80 °F ab; Stunden bei höheren Temperaturen werden gesondert erfasst. Ordnen Sie Stunden unter −40 °F nicht der ersten Klasse zu; verwenden Sie für solche Klimazonen ein umfassenderes Wettermodell. Durch die Annahme einer gleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb einer 5-°F-Klasse gehen tatsächliche Wetterdetails innerhalb der Klasse verloren. Eine feinere Quadratur kann diese Informationen daher nicht wiederherstellen. Erhöhen Sie unter „Erweitert“ die Stützstellenzahl und die Auflösung der Schnittpunktsuche, um die numerische Stabilität zu prüfen; die dargestellten Kennlinien verwenden 241 Stützstellen des implementierten Modells.

Die bei Auslegungsaußentemperatur berechneten Leistungen der Zusatzheizungen sind Dimensionierungsanforderungen, keine Prüfung der installierten Geräte. Die einzige bivalente Schaltschwelle erzwingt einen Betrieb ohne gleichzeitigen Einsatz beider Wärmeerzeuger. Thermostat-Totbänder, Wiederaufheizung nach Absenkung, Sperrzeiten des Energieversorgers, Zuschaltverzögerungen der Zusatzheizung, Leitungslängenkorrekturen, Gleichzeitigkeit bei mehreren Innengeräten und gerätespezifische Abtauregelungen liegen außerhalb des Modells. AFUE wird als effektiver Nutzungsgrad der Umwandlung von Brennstoffenergie in Nutzwärme verwendet; der Hilfsstrombedarf von Gebläse und Brenner bleibt unberücksichtigt.

Preisgrundlage: EIA-US-Haushaltspreise 2025 von 0,173 USD/kWh für Strom und 15,34 USD/1.000 ft³ für Gas (etwa 1,48 USD/therm bei 1.036 Btu/ft³); Heizöl 6,138 USD/US gal und Propan 2,820 USD/US gal zum 2. November 2026, geprüft am 6. November 2026. Dies sind datierte Vergleichswerte, keine aktuellen lokalen Tarife. Die CO₂-Bilanz umfasst weder Methanleckagen noch Kältemittelverluste oder andere Lebenszyklusemissionen. Dieser Rechner bildet weder eine Zertifizierung nach AHRI 210/240 noch einen baurechtlichen Nachweis ab.