Wärmepumpentechnik allgemein Grundlagen Anwendungen Neuigkeiten Willi Kirchensteiner, Studiendirektor am Bildungszentrum für Solartechnik der LH München

Wärmepumpentechnik

Die Wärmepumpe – ein Beitrag zur effizienten Energienutzung! Mit Hilfe der Wärmepumpe kann der riesige Speicher an Umweltwärme im Erdreich, in Gewässern, im Grundwasser und in der Luft für Heizzwecke und zur Warmwasserbereitung nutzbar gemacht werden! Die Wärmepumpe ist die einzige uns schon heute zur Verfügung stehende Großtechnologie, mit der es möglich ist, umweltschonend gespeicherte Sonnenenergie des Sommers auch im Winter zu nutzen!

Heizen = Energieausgleich der Wärmeverluste In der hier gezeigten Modellanordnung zum Heizen wird deutlich, dass nur von einem höheren Wasser- (Temperatur-) Niveau der Behälter mit Wasser befüllt werden kann. Aus diesem Behälter kann das Wasser (Wärmeenergie) nur solange entweichen, solange im Behälter Leckstellen vorhanden sind und solange das Wasserniveau Innen höher ist als außerhalb des Behälters. Im Praxisfall des Heizens stellt sich ein stabiler Zustand dann ein, wenn genau die Menge an Wasser (Heizenergie) in den Behälter nachgeliefert wird, die durch die Lecks verloren geht.

Der Heiztrick mit der Wärmepumpe Der aus dem Hochbehälter kommende Wärmestrom wird als Antriebsenergie zum Rücktransport der Verlustwärme verwendet und zusätzlich als Wärmeenergie im Haus eingesetzt. In der Wärmepumpenpraxis beträgt der Energieanteil aus dem Hochbehälter nur noch ¼ der Energie, die insgesamt zum Heizen des Hauses notwendig ist. ¾ der Heizenergie wird mit der Wärmepumpe aus der Umwelt (Umweltenergie) zurückgeholt!

Der Kältekreislauf im Modell Verflüssigen = Entladen: P = konstant; Tü`  T*  Tu` Verdichten = Hochfahren: po  p; To*  Tü  Tü` Entspannen = Abfahren: p  po; Tu` Tu Verdampfen = Beladen: po = konstant Tu  To*

Der Kreisprozess der Wärmepumpe Dampf-förmiges Kältemittel Heißes und gasförmigesKältemittel flüssiges Kältemittel flüssiger Sprühnebel

Die Wärmequellenanlage Auswahl: Örtliche Verhältnisse Wünsche des Bauherrn Vorschriften beim Land-ratsamt und dem Wasser-wirtschafts-amt

Wärmebedarfsermittlung Die maximale Vorlauf-temperatur des Heiz-systems beträgt bei Wärmepumpen 55 – 65°C! Sie sollte möglichst klein sein, damit eine gute Leistungszahl der WP erreicht wird! Nur mit Kurve „D“ kann die Wärmepumpe allein bei allen Außen-temperaturen den Wärmebedarf decken!

Wärmebedarfsermittlung Die beste Arbeitszahl erreicht die Grund-wasserwärmepumpe. Allerdings wird die Erdreich-WP wegen ihrer längeren Lebensdauer und ihres geringeren Wartungsaufwandes häufiger eingebaut. Die Jahresarbeitszahl der Erdreich-WP erreicht heute bereits die der Grundwasser-WP.

Die Grundwasser-Wärmepumpe Wegen der relativ hohen und jahres-zeitlich unabhän-gigen Temperatur von ca. 10 °C erreichen diese WP die beste Leistungszahl. Die Anlagen-kosten sind allerdings höher als bei anderen WP-konzepten. Deshalb sollte die Fördertiefe nicht unter 15 m liegen (pro Meter ca. 100 – 200,- €).

Vertikal- und Horizontal-Kollektoren für die Erd-WP Im Gegensatz zur Grund-wasser-Wärmepumpe wird hier die Quellenenergie nicht direkt sondern indirekt über eine Sole in den Verdampfer transportiert. Man spricht deshalb auch von indirekter Verdampfung mit einem Solekreis. Der Wärmeentzug aus dem Boden ist umso besser, je feuchter das Erdreich ist. Bei der Erdsonde schwankt die Entzugsleistung von 25 – 100 W pro Meter. Beim Erdkollektor können zwischen 10 und 45 W pro m² gewonnen werden. Der Verlegeabstand der Rohre beim Erdkollektor sollte mindestens 50 cm betragen! Bei Erdsonden müssen zwischen den Sonden mindestens 5 – 6 m Abstand sein!

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen das in der Außenluft enthaltene Energiepotential. Die Kompaktwärmepumpen gibt es für Innen- oder für Außenaufstel-lung Bei einer Außenaufstellung müssen die Heizkreisrohre gut gedämmt meist unterirdisch verlegt werden. Die Wärmepumpe muss gegen Einfrieren mit einer elektrischen Zusatzheizung geschützt werden! Energetisch günstiger ist die Innenaufstellung. Dabei sollten die Luftkanäle über Eck angeordnet werden, um einen thermischen Kurzschluss zu verhindern!

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe In der Regel werden Luft-Wasser-Wärmepumpen bivalent betrieben, da bei Außentemperaturen unter –5°C ein ökologisch sinnvoller Einsatz nicht mehr gegeben ist! Oft wird dann monoenergetisch eine elektrische Zusatzheizung im Heizkreis zugeschaltet. Wie untenstehendes Diagramm zeigt, wird hier unter 0°C, bzw. unter –2°C der Wärmebedarf des Gebäudes nicht mehr gedeckt. Wegen der dann notwendigen Zuschaltung eines 2. Wärmeerzeugers spricht man hier von Bivalenzpunkten.

Leistungskurven bei Wärmepumpenanlagen Nicht nur die Quelltemperatur sondern auch die Vorlauftem-peraturen im Heizkreis der Wärmepumpe bestimmen das Ergebnis. Pro °C höherem Abstand zwischen Quell- und Heizkreis-temperatur verschlechtern die Leistungs-zahl um 2,5 %!

Zentrale Wohnungslüftung mit Wärme-rückgewinnung Info 5.2 Hierbei wird an zentraler Stelle der Abluft zuerst über einen Kreuzgegenstrom-wärmetauscher und anschließend im Verdampfer einer WP die Energie entzogen bevor sie als Fortluft ins Freie geblasen wird. Die Außenluft wird dagegen in den beiden Stufen mit Heizenergie beladen!

Kompressions- und Absorptionswärmepumpe

Die Hochtemperatur-Wärmepumpe Kaskaden-schaltung mit 2 Verdichter-stufen erreicht Vorlauf-temperatur bis 70 °C

Die Hochtemperatur Wärmepumpe EVI-Zyklus: „Enhanced Vapour Injection = Zusätzl. Dampfein-spritzung Tvor bis 70 °C

Danke für die Aufmerksamkeit! Der Referent, Willi Kirchensteiner wünscht Ihnen eine erfolgreiche Anwendung der Wärmepumpen-technik