Wärmepumpen

Wärmepumpen können heizen oder kühlen. Sie „pumpen“ Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres und umgekehrt. Der Wärmepumpen-Prozess im Inneren der Maschine ist quasi die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses (z.B. Kühlschrank). Die von der Wärmepumpe gewonnene Nutzwärme steht für Heizzwecke zur Verfügung und zwar i.d.R. im Niedertemperaturbereich.

• die indirekt gespeicherte Sonnenenergie, die in der Luft vorhanden ist,

• die Wärmeenergie von Wasser,

• die im Erdreich vorhandene Wärmeenergie,

• Abwärme aus Prozessen

• oder gar die direkte Sonnenstrahlung.

• die Kompressionswärmepumpe und

• die Absorptions- bzw. Adsorptionswärmepumpe (Gaswärmepumpe).

Häufiger gibt es die Kompressionswärmepumpe, welche die Verdampfungswärme des Kältemittels nutzt. Der Antrieb des Kompressors erfolgt üblicherweise durch Elektroenergie.

• Verdampfer,

• Kompressor (Verdichter),

• Kondensator (Verflüssiger)

• und ein Expansionsventil (Druckminderer).

Auch die Absorptionswärmepumpe arbeitet ebenfalls nach einem geschlossenen thermodynamischen Kreislauf, aber die Übertragung der Wärme erfolgt durch einen physikalisch-chemischen Prozess in einem Lösungsmittelkreislauf, und die Energie wird durch eine Wärmequelle eingebracht.

Funktionsbeschreibung

Monovalenter vs. bivalenten Betrieb

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) dient dem Effizienzvergleich. Vereinfacht ausgedrückt ist die JAZ der Quotient aus erzeugter Heizwärme und dem dafür benötigten Strom, bezogen jeweils auf ein volles Jahr.

JAZ = Heizwärme (kWh/a) / Strom (kWh/a)

Eigentlich erfolgt durch die Hersteller eine Angabe, die sich „individuelle Effizienz“ nennt. Das ist eine Leistungszahl, die experimentell auf dem Prüfstand ermittelt wird und daher nicht den Praxisbetrieb abbildet.

Eine Wärmepumpe produziert 10 kWh Wärme mit 2,5 kWh Strom und 7,5 kWh Umweltwärme. Teilt man die Wärmemenge (10 kWh) durch den aufgewendeten Strom (2,5 kWh), erhält man eine Jahresarbeitszahl von 4. Die Heizung nutzt einen Teil Strom und drei Teile Umweltwärme, zusammen also vier Teile an gesamter Heizwärme.

• Mit Hilfe von Berechnung. Diese ist wichtig bei der Fördermittelbeantragung, denn da kann man noch nichts in der Praxis messen. Die Berechnungsvorschrift findet man in der VDI-Richtlinie 4650: „Berechnungen von Wärmepumpen“. Die Grundlage sind die COP-Werte. Mit zu wählenden Korrekturfaktoren erfolgt die Anpassung an die zu er-wartende Praxis. Auch dient die Berechnung zum Nachweis, dass man die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) einhält.

• Mit Hilfe von Messung im realen Betrieb. Dafür müssen ein gesonderter Stromzähler und ein Wärmemengenmessgerät vorhanden sein.

Beide Werte weichen voneinander ab um den „Unterschied zwischen Theorie und Praxis“.

Nun wollen wir noch kurz den Unterschied zwischen Erd- und Luft-Wärmepumpe betrachten.

• Sole/Wasser-Wärmepumpen und

• Sole/Luft-Wärmepumpen.

• Luft/Wasser-Wärmepumpen

• Luft/Luft-Wärmepumpen

• das Durchflusssystem,

• das Speichersystem und

• das Speicherladesystem.

Die Varianten können primär (direkt am Fernwärmenetz) oder sekundär (indirekt nach Wärmetauscher) angeschlossen werden. Das Durchflusssystem macht nur Sinn bei primärem Anschluss (hohe Anschlussleistung nur für WW erforderlich), da Wärmetauscher für den indirekten Anschluss sonst überdimensioniert ausgelegt werden. Speichersystem und Speicherladesystem eignen sich auch gut für den sekundären Anschluss.

Beim Durchflusssystem wird das Trinkwasser direkt zum Bedarfszeitpunkt über einen Platenwärmetauscher erwärmt.

• Tiefe Rücklauftemperatur

• Geringe Kosten

• Geringer Platzbedarf

• Geringe Bereitschaftsverluste

• Verminderte Legionellenproblematik.

• Hohe Anschlussleistung erforderlich

• Benötigt eine gute (aufwendige) Regelung.

• Hohe Zapfmenge möglich

• Unempfindlich gegen Kalk

• Geringe Anforderungen an die Regelung,

• Ansteigende Rücklauftemperatur während des Ladevorganges

• Wärmeverluste des Speichers

• Abnehmende Aufheizleistung während des Ladevorganges

• Legionellenproblematik.

Das Speicherladesystem ist eine Kombination von Durchfluss- und Speicherprinzip. Die Aufladung des Speichers erfolgt über Wärmetauscher und Ladepumpe (Keislauf mit Trinkwarmwasser). Lastspitzen werden über den Speicher abgedeckt.

• Tiefe Rücklauftemperatur

• Hohe Zapfmenge möglich

• Kleine konstante Ladeleistung (Reduzierung des Anschlusswertes)

• Hoher Nutzungsgrad des Speichers

• Hohe Investition

• benötigt eine aufwendige Regelung

• Wärmeverluste des Speichers

• Legionellenproblematik.