Excel Auslegungstool für Poolheizungen

  • Hallo zusammen,


    vor einiger Zeit habe ich ja mal ein Tool zur Berechnung des wirksamen, aktiven Chlors und den dazu notwendigen Dosiermengen für Chlor und pH- erstellt: Excel Rechentool zur Berechnung von Wasserwerten und Dosiermengen / Wer arbeitet mit? Das Tool hat mir über den Sommer sehr gute Dienste geleistet.


    Da jetzt bei mir die Anschaffung einer Wärmepumpe ansteht, habe ich nach einem einfachen Tool zur Auslegung gesucht, aber nichts so recht gescheites gefunden. Im Internet findet man meist nur die Tabellen, welche Leistung bei wieviel Grad Temperaturverlust notwendig ist (die bekannten 1,16 kWh/Grad). Aber COP-Werte, unterschiedliche Wärme-Leistungen bei unterschiedlichen Lufttemperaturen etc. bleiben dabei meist unberücksichtigt Also dachte ich mir: Baue ich da auch gleich etwas zusammen ;)


    Vielleicht ist es ja für den ein oder anderen hilfreich :) Die Formeln sind im Exceltool transparent hinterlegt, sodass jeder die thermodynamischen Berechnungen auch nachvollziehen kann. Ich würde mich über Feedback und auch Korrekturvorschläge freuen! Das Ganze liegt auf Github zum freien Download und zum "Mitmachen" ;)


    Download unter: https://github.com/mschlensted…chentool_Poolheizung.xlsm


    Zu den einzelnen Funktionen:


    1. Berechnung anhand von Klimadaten oder bekanntem Temperaturverlust


    Das Tool kann die notwendige Wärmeleistung auf zwei Arten berechnen:


    a. Zum Einen kann der Bedarf an Wärme über die Berechnung 1,16 kWh/Grad berechnet werden, wenn man den Temperaturverlust durch eigene Messungen schon kennt.


    b. Kennt man den Temperaturverlust nicht, kann anhand echter Klimadaten für den eigenen Standort der Temperaturverlust berechnet werden. Dazu wird anhand von U-Werten (Wärmedurchgangskoeffizienten) der Wärmeverlust über die Wasseroberfläche (bzw. Abdeckung) und den Poolwänden/-boden berechnet.


    Die dafür notwendige Flächen- und Volumenberechnung wird gleich mit durchgeführt für Rechteckpools, Rundpools und Ovalpools. Die notwendigen Kimadaten muss man für den eigenen Standort eingeben. Dazu kann man am einfachsten kostenlose Klimadaten aus dem Internet verwenden, z. B. von https://www.worldweatheronline.com


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    2. Auslegung und Vergleich verschiedener Wärmepumpe


    Hat man über die Klimadaten oder den bekannten Temperaturverlust die notwendige Wärmemenge berechnet, kann man nun verschiedene Wärmepumpen vergleichen, z. B. welches für eine Inverter-WP der beste Betriebspunkt in der Neben- und Hauptsaison ist, ob sich eine Inverter-WP ggü. einer On/Off-Wärmepumpe lohnt oder Wärmepumpen unterschiedlicher Leistung. Dazu wird zum Einen die notwendige Laufzeit der Wärmepumpen berechnet als auch die dadurch entstehenden Energiekosten.


    Zur Vereinfachung der Berechnungen habe ich einige Annahmen getroffen:


    • Linearer COP-Verlauf zwischen 15°C und 26°C Lufttemperatur. Das ist in der Realität nicht der Fall (exponentieller Verlauf), kann aber nach meinen Recherchen hier in dem engen Temperaturbereich vernachlässigt werden. Die Auswirkung liegt irgendwo im Nachkomma-Bereich.
    • Zudem keine Berücksichtigung der Soll-Wassertemperatur beim COP-Wert, weil hier meist einfach keine Daten vorliegen. Aus meiner Sicht ist das ebenfalls vernachlässigbar, da die Wunschtemperatur meist wohl +/- 3-4°C um 26°C liegen wird.
    • Die Bodentemperatur weist keinen Tagesverlauf auf (trifft ab einer Tiefe von 50cm zu) und entspricht der Tages-Minimaltemperatur.
    • In den Helligkeitsstunden gilt die Max. Tagestemperatur, in den "dunklen" Stunden gilt die Min. Tagestemperatur. Genauer wäre hier der exakte Tagesverlauf. Eine Gegenrechnung zur Tagesdurchschnittstemperatur weist hier aber nur Abweichungen der Lufttemperatur von max. +/- 0,5°C auf. Aus meiner Sicht ebenfalls vernachlässigbar.

      

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    3. Auslegung eines Solarabsorbers


    Hier bin ich gerade dabei, die Berechnung zu programmieren. Ich möchte dazu ebenfalls echte Klimadaten von https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ verwenden. Leider wird der Import nur über ein VBA-Makro gehen. Aber damit hat man dann wirklich genaue Daten abhängig vom eigenen Standort, der Himmelsausrichtung des Solarabsorbers sowie des Neigungswinkels zur Sonne.


    Die Funktion kommt aber erst in Version 2.

  • Gefällt mir sehr gut, auch wenn ich es nicht benutzen kann. Ich denke das ist ein sehr gutes Tool um nachzusehen ob die 17kW WP die mir der Händler empfiehlt wirklich für meinen 40m3 Pool ausreichend ist ;). Danke für die Arbeit die Du da reingesteckt hast und das Du es der Allgemeinheit zur Verfügung stellst :thumbup: :thumbup: :thumbup:.

    Viele Grüße
    Stephan


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    Compass Elegant max 80
    Pentair Trinidon 2 SFA 610 mm
    Speck Eco Touch-Pro II
    Oxilife Salz Hydrolyse (Redox +pH gesteuert) + Flüssigchlordosierung
    Niveauregulierung
    120 kw Wärmetauscher mit Systa Comfort Pool Steuerung
    Dolphin Maestro 10
    Vöroka Flair Überdachung

  • Ich habe mit dem Tool für meinen Pool (ca. 25 m³) und meinen Betriebsdedingungen (April-September, 26°C Wassertemp) einmal verschiedene Varianten durchgerechnet.


    Da sind für mich ganz interessante Sachen herausgekommen:


    1. Man kann eine WP auch überdimensionieren :/

    2. Eine Inverter-WP amortisiert sich (erst) nach 6 Jahren


  • In Version 2 habe ich bei der Berechnung der Betriebspunkte der Wärmepumpen noch eine BestOf-Variante ergänzt. Diese soll dazu dienen die Betriebskosten/Laufzeiten einer Inverter-Wärmepumpe möglichst realitätsnah auszurechnen.


    Dazu gibt man unter "Wärmepumpe 1-3" jeweils 3 Betriebspunkte der Inverter-WP ein (NIedrig-, MIttel-, Volllast). Das Programm suchst dann unter Berücksichtigung der maximal erlaubten Filterlaufzeit den jeweils günstigsten Betriebspunkt für jeden Monat heraus und stellt diese in der "BestOf"-Variante zusammen.


    Ohne das genaue Regelverhalten der Wärmepumpe zu kennen, ist eine exakte Vorhersage natürlich nicht möglich, aber diese BestOf-Variante dürfte der tatsächlichen Fahrweise der Inverter-WP schon recht nahe kommen. So kann man dann einfach Betriebskosten einer Inverter-QP gegen eine On/Off-Wärmepumpe vergleichen.

  • In Version 3 kann nun auch der Ertrag für einen Solarabsorber exakt berechnet werden. Dazu werden die tatsächlichen Sonnenstrahlungs-Werte in W/m² für den eigenen Standort sowie die Ausrichtung/Neigung des Solarabsorbers von https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/#DR für die Berechnung verwendet.


    Der Wärmeverlust des Pools wird wie bei der Wärmepumpe anhand der Klimadaten sowie der Wärmedurchgangskoeffizienten des Poolaufbaus ebenfalls exakt berechnet.


     


    Viel Spaß!

  • HI profmobilux,


    vielen Dank für deine Mühen.

    Wie besprochen hier meine Angaben...


    Da ich noch einen Solarabsorber habe und der ja auch nur funktioniert wenn die Filterpumpe läuft, ist das von Mai bis September gleich.

    Die Filterpumpe läuft von 10-16 Uhr durch, im Hochsommer von 10-17 Uhr.

    Somit gehen wir mal zu einfacheren Berechnung von 6h pro jeweiligen Monat aus.


    Ob es nun eine Wärmepumpe mit Inverter oder ohne wird, habe ich noch keine finale Entscheidung getroffen. Oder brauchst Du gar das Modell schon?

    Entscheiden würde ich mich aufgrund der Poolgröße für eine mit 18 KW. Tendenz geht sicher in die Richtung mit Inverter aber bei den Preisen heutzutage....


    Reicht Dir das so?

    Wenn nicht, gib mal ein kurzes Zeichen.


    Danke vorab...


    Glen

  • Glen


    Ein paar Angaben brauche ich noch:


    - Wohnort

    - Größe Solarabsorber (Fläche)

    - Ausrichtung Solarabsorber (ungefähre Himmelsrichtung) und Neigung

    - Pool: Rechteck oder Ovalpool?


    Dann rechne ich es Dir aus.

  • Wohnort ist 06792 Sandersdorf

    Solarabsorber sind 17m2 und die Ausrichtung ist Süden, liegt auf nem Flachdach, also eher keine Neigung.

    Mein Pool ist rechteckig.


    Danke

  • Ich habe das mal eingegeben. Ich bin davon ausgegangen, dass Dein Pool normal isoliert ist (2 cm XPS Dämmplatten an den Wänden, 20 cm Bodenplatte, Poolabdeckung). Wunschwassertemperatur habe ich mit 26°C angenommen.


    Für die Filterpumpe habe ich einen Verbrauch von 490 Watt angenommen (ist meine 6m³ Pumpe) und Stromkosten von 29 ct/kWh.


    Damit ergibt sich folgender Wärmeverlust:



    Rechnet man jetzt Deinen Absorber dazu, würdest Du bei 10h Laufzeit am Tag (wenn er die ganze Zeit nicht abgeschattet ist) folgenden Ertrag bekommen:



    Das heisst bis auf Mai und September wäre dein Solarabsorber alleine in der Lage, den Wärmeverlust auszugleichen - natürlich nur bei entsprechender Pumpenlaufzeit. Die Stromkosten hier ergeben sich aus der Differenz von Pumpenlaufzeit 6h (Deine Vorgabe) zu der tatsächlich nötigen Laufzeit. Du benötigst also bei Erhöhung der Laufzeit auf 10h in den Monaten Juni - August keine Wärmepumpe, hast aber Stromzusatzkosten von in Summe 63 EUR.


    Das würde ich auf jeden Fall erst einmal tun! Günstiger bekommst Du es nicht!


    Eine 15 kW On/Off Wärmepumpe schafft Deinen Temperaturverlust (ohne Unterstützung des Absorbers!) ebenfalls in 6h Filterpumpenlaufzeit auszugleichen - außer im Mai. Da müsste sie 11-12h täglich laufen.



    Eine 18 kW On/Off Wärmepumpe sieht da wie folgt aus:




    Für Dich interessant wird ja aber die Kombination aus Absorber und Wärmepumpe. Dazu muss ich mein Excelsheet noch einmal etwas umbauen. Das mache ich heute Abend.

  • HI profmobilux,


    um die Amortisierungszeit zwischen Wärmepumpe mit oder ohne Inverter zu erfahren müßte ich schon ein Modell ausgesucht haben oder?


    Abdeckung habe ich eine Solarfolie, wegen der Pumpe schaue ich mal heute nachmittag, dächte ich habe eine 11m³.

    Bin ja auch am überlegen wegen einem elektrischen Rolladen oder ne Poolüberdachung aber das gestaltet sich baulich schwierig, zumindest das letztere.

    Ansonsten ist es ein Styroporpool welcher mit Beton ausgegossen ist.


    Kannst Du den April und Oktober dazu nehmen bei der Berechnung, ich habe ne Sauna und will mal schauen wo man da rauskommt bei den Kosten.


    Danke.


    Grüß Glen

  • Pumpe müsstest du nur die Leistung ablesen für die Kostenberechnung. Bzgl. Poolaufbau (Solarfolie, Styroporsteine) ändert sich der Wärmeverlust marginal. Ich denke das kann man vernachlässigen.


    Ich habe jetzt mal Daten der Poolex Wärmepumpen genommen. Aus meiner Sicht unterscheiden sich die einzelnen Hersteller auch nur marginal. Aber wenn man sich dann für eine WP Größe und On/Off oder Inverter entschieden hat, kann man das Ganze ja nochmal durchrechnen mit der endgültigen ausgewählten WP.

  • Ok, ich habe Deine größere Pumpe jetzt noch mit in die Berechnung genommen (650 W). Damit ergibt sich jetzt folgende Berechnung:


    Pumpenlaufzeit von 10 Stunden pro Tag (zur möglichst vollen Ausnutzung des Absorbers):


    Energieverlust des Pools:



    Energieertrag des Absorbers:



    Das heisst Stromzusatzkosten von 161 EUR pro Jahr durch die 4 Stunden längere Laufzeit (Kosten relativ im Vergleich zu 6 Stunden Laufzeit: heisst nur die 4 Stunden ggü. der Solllaufzeit von 6 h werden als Zusatz-Kosten berechnet).


    Vergleich On/Off-Wärmepumpen 15, 18 und 22 kW:


    Die Differenz zwischen "Energieverlust" und "Tatsächlicher Ertrag bei Laufzeit" des Absorbers muss von der Wärmepumpe ausgeglichen werden.



    Dass heisst zum Ausgleich des Energieverlustes reicht eine 15 kW Pumpe aus (im April muss sie dafür allerdings am Tag 11,2 h laufen). Da Du noch Reserve brauchst (Ungenauigkeiten in der Berechnung und zum Aufheizen des Pools bei Saisonstart), würde ich zu einer 18 kW Pumpe tendieren wenn Du April und Oktober noch nutzen möchtest. Ohne April/Okt0ber würde ich eine 15 kW WP nehmen.


    Zusatzkosten für die Wärmepumpe wären dann noch einmal 457 bzw. 475 EUR/Jahr zusätzlich zu den Kosten für die längere Laufzeit des Absorbers. In Summe also 618 EUR/Jahr bzw. 636 EUR/Jahr.


    Pumpenlaufzeit von 6 Stunden pro Tag:


    Energieertrag des Absorbers:




    Vergleich On/Off-Wärmepumpen 15, 18 und 22 kW:



    Also Kosten von 734 EUR/Jahr bzw. 737 EUR/Jahr. Damit ist diese Fahrweise teurer als due Filterpumpe zur Ausnutzung des Solarabsorbers länger laufen zu lassen.


    Alles ohne Gewähr! :)

  • Ich habe jetzt noch einmal eine 20 kW Inverter gerechnet (von Poolex gibt es keine 18 kW Inverter und die Daten von Poolex hatte ich grad noch). Es ist natürlich schwer vorherzusagen, wie das Regelverhalten der Inverterpumpe tatsächlich ist. Meine Berechnung ist daher immer nur eine Abschätzung. Ich gehe dabei so vor: Ich schaue auf 3 Betriebszustände der WP pro Monat (Min, Mittel, Max) und suche dann für den jeweiligen Monat die Fahrweise mit dem geringsten Verbrauch heraus (eine BestOf-Variante sozusagen). In der Realität dürfte die Ersparnis noch etwas höher liegen, da die WP ja auch einen Betriebszustand zwischen Min und Mittel zum Beispiel anfahren kann.


    Aber für eine Abschätzung reicht es aus meiner Sicht aus.


    Für die Variante mit 10h Filerpumpenlaufzeit ergeben sich dabei folgende Verbräuche der 20 kW Inverter:



    Das heisst Du sparst gegenüber der 18 kW On/Off mit der 20 kW Inverter relativ wenig (nichts). In der Realität wird da vermutlich schon eine Ersparnis sein, die dürfte aber kaum ins Gewicht fallen.


    Meine persönliche Meinung: Inverter lohnt sich nicht bei 200-400 EUR Mehrkosten in der Investition.


    Wieder ohne Gewähr ;)

  • profmobilux Gratuliere, das ist ein sehr schönes Excel um einen Überblick zur Dimensionierung zu bekommen.

    Ich hätte da noch Verbesserungsvorschläge für die nächste Version um die Berechnung noch etwas genauer zu machen:


    So wie ich das sehe, wird der Boden und die Seitenwand auch mit der Temperaturdifferenz zur Luft gerechnet. Bei einem eingegrabenen Pool hat man im Erdreich aber ganz andere Temperaturen, die könnten da berücksichtigt werden. Dadurch ergeben sich auch andere Verluste pro Tag.


    Cool wäre es auch noch zu versuchen den Solaren Ertrag des Pools zu berücksichtigen. Im Sommer gewinnt der Pool oft mehr, als er über Nacht verliert. Das senkt die berechneten Monatskosten.


    Evtl hast du ja Lust so was in der nächsten Version miteinzubauen.

  • Zur Bodentemperatur:


    Leider scheitert das daran, dass man nirgends vernünftige Temperaurwerte bekommt. Ich habe zwar teilweise schöne Diagramme gefunden, aber ohne Ortsangabe und Bezug auf die Lufttemperatur. Ich habe aber gelesen, dass ab einer Tiefe von 50 cm die Bodentemperatur keinen Tagesgang mehr hat - also vom Sonnenstand unabhängig bleibt. Deswegen rechne ich zwar mit der Lufttemperatur, aber ich nehme die Tagestiefsttemperatur (also quasi die Nachttemperatur). Ich denke im Mittel kommt das ganz gut hin.


    Zum Solaren Ertrag:


    Im Endeffekt ist dazu alles da: Man müsste nur die Berechnung zum Solarabsorber mit der Berechnung der Wärmepumpe verquicken. Aber bei näherer Betrachtung ist es doch recht kompliziert bzw. es gibt einfach unendliche Varianten: Abschattung/Teilabschattung des Pools, Solarfolie, Abdeckung ja/nein... Ist schwierig soviele Optionen in ein Excel zu packen.


    Ich würde aktuell so vorgehen, wenn Dein Pool permanent in der Sonne steht: Poolfläche bei der Berechnung des Solarabsorbers verwenden, Wirkungsgrad runter (z. B. 65%) und dann den Ertrag rechnen. Zurück in die Berechnung der WP und "Variante B" verwenden. Den Temperaturverlust solange anpassen, bis der Wärmeverlust in kWh dem Bertrag "Wärmeverlust - Solarertrag" ergibt. Geht mit der Zielwertsuche sehr schnell.

  • Hallo profmobilux,



    Energieverlust des Pools:


    1162257-energieverlust-jpg


    Welchen U-Wert hast Du denn genommen? Für die normale Folie 1mm oder Luftpolsterfolie? Ist die gleichzusetzen mit ner Solarfolie? Gibt es auch eine U-Wert für nen PVC-Rolladen oder ne Pool-Überdachung.

    Trage mich mit dem Gedanken einer Überdachung, weiß bloss nicht ob sich das rechnet bzw. wie dann die Wärmeverluste sind.

    Dann bräuchte ich vielleicht keine Wärmepumpe.

    Allerdings ist das bautechnisch bei mir ein ganz schönes Problem, das "verkaufen" der eingeschränkten Optik an die Ehefrau ist noch nicht mal inkusive... O:)


    Gruß Glen

  • Ich hatte eine 1mm starke Folie angenommen. Der Wärmeverlust ändert sich mit anderen Abdeckungen wie folgt:


    Einfachverglasung 5mm:


    Luftpolsterfolie (also vermutlich in etwa identisch mit Solarfolie):


    Isolierverglasung 14mm:


    Du musst aber beachten, dass mein Tool nur den Wärmeverlust (also die Richtung Wasser -> Umgebung) berechnet. Bei einer Solarfolie (und vermutlich auch bei einer Glas-Abdeckung) wird aber sicherlich durch die Aufheizung der Luft bei Sonneneinstrahlung auch Wärme von der Umgebung ans Wasser abgegeben. Damit gleichst Du dann einen gewissen Anteil des Verlustes wieder aus.


    Heisst: Die Einsparung wird höher sein als mein Tool hier ausrechnet.

  • profmobilux : Die Bodentemperatur mit der Tagestestiefsttemperatur anzunehmen dürfte von Mai bis September gut passen. Im April oder Oktober wird die Temperatur dann schon etwas abweichen, da gibt es bei uns doch schon oft Minusgrade in der Früh, in 1,5m tiefe friert da sicher nichts. Da werden die Werte schon etwas abweichen. Im Sommer wird der Boden direkt unter dem Pool auch wärmer sein, das Erdreich speichert hier ja auch die Wärme. Das zu berechnen dürfte aber nicht mehr ganz so trivial sein.


    Wie du oben bezüglich Poolüberdachung schreibst ist die Berechnung noch komplizierter. Eine Poolüberdachung bringt natürlich bei Sonnenschein gute Solare Gewinne. In der Nacht bei kalten Temperaturen gibt es dafür je nach Glasart auch wieder Verluste. Die Verluste sind da auch stark von der Höhe der Überdachung abhängig. Wenn man eine Halle und zusätzlich eine Folie nimmt, dann sinken die Verluste extrem. Das kann man in deinem Excel ja einfach durch einen niedrigeren U-Wert berücksichtigen, evtl kann findet sich da ein ca U-Wert für die Kombination Luftpolsterfolie + Überdachung (Sollte dann eigentlich unter 3 sein).

    Für Pool-Rolladen habe ich öfters den U-Wert von ca. 2,9 W/m²K gefunden, das könnte man auch noch anführen.


    Ich finde das Excel aber wirklich Top, da kann man wirklich gut Vergleichen was einzelne Maßnahmen bringen.

  • garfi35 Ja, das ist schwierig abzubilden mit den U-Werten. Erwäarmes Luftpolster + Verglasung ist sicher anders als eine reine Scheibe. Hier gibt es einen U-Wert-Rechner für den Hausbau. Mit etwas "Geschick" bekommt man aber gut Kombinationen verschiedener Materialien heraus. https://www.ubakus.de/u-wert-rechner/?


    Aus dem Rechner habe ich mich auch bei verschiedenen U-Werten "bedient". Zusätzlich hatte ich noch ein paar Angaben im Netz auf anderen Seiten gefunden.

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