WÄRMEPUMPEN
Werbung
KÄLTETECHNIK WÄRMEPUMPEN UND EISSPEICHER BASISWISSEN WÄRMEPUMPEN Was ist eine Wärmepumpe? Eine Wärmepumpe transportiert Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau. Hierzu benötigt die Wärmepumpe eine Antriebsleistung. Diese kann mechanisch, elektrisch oder thermisch sein. Meistens werden Wärmepumpen verwendet, die nach dem Prinzip einer Kompressionskälteanlage arbeiten. Seltener werden Wärmepumpen nach dem Absorptionsprozess eingesetzt. Woher nimmt die Wärmepumpe ihre Energie? abgegebene Nutzwärme zum Heizen Eine Wärmepumpe entzieht die Energie in der Regel der Umwelt. Üblich sind Luft, Grundwasser, Erdreich oder Flusswasser. Wird die Energie dem Erdboden entzogen, spricht man auch von oberflächennaher Geothermie. Verflüssiger aufgewendete Energie zum Antrieb des Verdichters Expansionselement Wichtig für einen hohen Wirkungsgrad ist eine möglichst hohe und konstante Temperatur der Energiequelle. Die Temperatur sollte im Winter, wenn die größte Heizleitung erbracht werden muss, nicht zu stark absinken. Verdichter T 1 < T2 Verdampfer Wärmepumpe: Nutzen ist die abgegebene Wärme (heizen) Kältemaschine (Kühlschrank): Nutzen ist die aufgenommene Wärme (kühlen) T2 < T1 Vergleich Wärmepumpe – Kältemaschine der Umgebung entzogene Wärme Energieflüsse bei einer Kompressionswärmepumpe Antrieb von Kompressionswärmepumpen durch mechanische Energie: Elektromotor Verbrennungsmotor (Gas- oder Dieselmotor) Stirlingmotor Bei Grundwasser und Erdreich müssen die Wärmeübertrager sehr groß dimensioniert sein, um eine lokale Unterkühlung zu verhindern. Bei der Wahl der Wärmequelle sind Investitionsaufwand, Wirkungsgrad, Verfügbarkeit und Genehmigungsaufwand abzuwägen. Besonders günstig ist die Nutzung niederwertiger Abwärme wie Abluft oder Kühlwasser. Außenluft Vorteil: geringe Investitionen Nachteil: schlechte Leistung im Winter Grundwasser Vorteil: gute Leistung, unabhängig von den Jahreszeiten Nachteil: höhere Investitionen, Genehmigung Flusswasser Vorteil: geringe Investitionen Nachteil: schlechte Leistung im Winter Erdreich Vorteil: gute Leistung, unabhängig von den Jahreszeiten Nachteil: große Fläche notwendig UNTERSCHIEDLICHE VERDAMPFERBAUARTEN Wärmepumpe mit Direktverdampfer Kältemittelkreislauf Antrieb von Absorptionswärmepumpen durch thermische Energie: Verbrennung Solarthermie Abwärme von Prozessen Das Kältemittel nimmt die Wärme zur Verdampfung direkt aus der Umgebung (oft Außenluft) auf. Das Prinzip wird bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe angewendet. Um kurze Kältemittelleitungen zu erhalten, sollte der Direktverdampfer in der Nähe des Verflüssigersatzes sein. Die Kosten sind gering. Direktverdampfer 1 4 4 TC 3 5 3 TC TC 2 Heizen 7 4 6 1 Eine Wärmepumpe kann kühlen oder heizen 4 3 5 3 TC 2 Kühlen 7 6 Aufgrund des gleichen Funktionsprinzips kann eine Wärmepumpe auch als Kältemaschine arbeiten. Damit ist es möglich, mit der gleichen Anlage im Winter zu heizen und im Sommer zu kühlen. Es werden nur die Funktionen von Verdampfer und Verflüssiger getauscht. Dies geschieht durch ein Umschaltventil, zwei Rückschlagventile und ein zweites Expansionsventil. Die meisten der sogenannten Split-Geräte zur Raumkühlung haben bereits eine Heizfunktion implementiert. 1,2 Verdampfer/Verflüssiger, 3 Expansionsventil, 4 Rückschlagventil, 5 Sammler, 6 Umschaltventil, 7 Verdichter Verflüssigersatz Verdampfer Wärmepumpe Solekreislauf Wärmeübertrager Umwälzpumpe Wärmepumpe mit Solekreislauf Ein zweiter Kreislauf, der Solekreislauf, transportiert die Wärme von der Wärmequelle zum Verdampfer. Damit lassen sich größere Entfernungen zwischen Wärmepumpe und Wärmequelle, bevorzugt Grundwasser, Erdreich oder Flusswasser, überbrücken. Als Wärmeübertrager können ausgedehnte Rohrleitungssysteme mit geringer Leistungsdichte dienen. Aufgrund des zweiten Kreislaufs mit Umwälzpumpe sind die Kosten höher. 127
