Wärmepumpen Heizen mit Umweltenergie
Bis zu vier Fünftel der zum Heizen erforderlichen Energie bezieht die Heizungs-Wärmepume aus Umweltwärme, die direkt vor unserer Haustür wartet. Das ist vor allem Sonnenwärme, die in der Umgebungsluft, im Grundwasser und im Erdreich gespeichert ist. Heizen mit Wärmepumpen heißt Energien zu nutzen, die sich täglich wieder erneuern. Umweltverträglich und wirtschaftlich zugleich.
Luft/ Wasser-Wärmepumpen
Innenaufstellung (H- und M-Serie)
H-Serie – speziell für den Altbau geeignet (hohe Vorlauftemperatur bis max. +65°C möglich)
LI 8H – LI 21H
Im Lieferumfang sind 7m Steuerleitung und 5 m Lastleitung enthalten
Monoenergetisch oder bivalent bis ca. -20°C einschl. Anzugsstrombegrenzung
Anschlußspannung 3/N/PE ~400 V, 50 Hz
FCKW-frei (Kältemittel R290)
Wärmequelle Luft:
Luft als Wärmequelle gibt es überall.
Ventilatoren führen die Aussenluft
am Verdampfer der Wärmepumpe vorbei,
wobei ihr Wärme entzogen wird.
Technik
Generell kann eine Wärmepumpe als ein Aggregat bezeichnet werden, das Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau aufnimmt und unter Hinzunahme von Antriebsenergie (mechanische Energie oder höhere Temperaturen) Wärme auf einem höheren, nutzbaren Temperaturniveau abgibt. Damit eignet sich eine Wärmepumpe grundsätzlich für die Nutzung oberflächennaher Geothermie zu Heizzwecken; Wärme wird aus der Erde bei Temperaturen von etwa -5 °C bis +10°C gewonnen und mit ca. 35-55 °C an die Heizung abgegeben. Je niedriger dabei der Temperaturhub ist (z.B. 0 °C auf 35 °C), desto weniger Antriebsenergie wird benötigt, und desto besser ist die Energieeffizienz.
Eine Analogie zur Wärmepumpe findet sich in jedem Haushalt: Ein Kühlschrank fördert Wärme von niedrigem Niveau (Innenraum) auf ein höheres Niveau, auf dem sie an die Umgebungsluft abgegeben werden kann (Verflüssiger, meist auf der Kühlschrankrückseite; dieser wird im Betrieb warm). Ziel ist hierbei natürlich nicht die Heizung der Luft an der Kühlschrankrückseite, sondern die Kühlung des Innenraumes. Auch Wärmepumpen können so gebaut werden, daß sie für beide Zwecke eingesetzt werden können, nämlich die Heizung im Winter und die Raumkühlung im Sommer. Derartige Wärmepumpen werden in großen Stückzahlen in Japan und Nordamerika gebaut. Nachfolgend einige nähere Erläuterungen zur Wärmepumpe.
Für den Antrieb von Wärmepumpenkompressoren werden überwiegend Elektromotore eingesetzt. Bei größeren Einheiten (>100 kW Heizleistung) stehen auch Wärmepumpen zur Verfügung, deren Kompressor durch einen Gas- oder Dieselmotor angetrieben wird; im kleinen Leistungsbereich gibt es entsprechende Aggregate als Luft-Luft-Wärmepumpen in Japan und den USA, in Europa hat die Entwicklung noch nicht zu Serienprodukten geführt.
Bei verbrennungsmotorisch angetriebenen Kompressionswärmepumpen lassen sich auch die Abwärme der Motorkühlung und ggf. der Abgase als Heizenergie nutzen. Anlagen, wo ein Aggregat zur Kraft-Wärme-Kopplung den Strom für eine elektrisch angetriebene Wärmepumpe liefert (Beispiele existieren u.a. in der Schweiz), könnte man als verbrennungsmotorisch angetriebene Wärmepumpe mit elektrischer Kraftübertragung bezeichnen.
Durch Absorption eines Gases in einem Lösungsmittel (z.B. Wasser), Umpumpen und anschließendes Austreiben des Gases durch Erwärmung von außen (mit etwa 85 – 200 °C) kann eine primärenergie-betriebene Wärmepumpe realisiert werden. Um die Analogie zur Kompressionswärmepumpe herzustellen, kann man das System aus Absorber, Austreiber, Umwälzpumpe und Expansionsventil in einer derartigen Wärmepumpe als “Thermischen Verdichter” bezeichnen. Solche Absorptions-Wärmepumpen eignen sich wegen des bei kleineren Einheiten durchweg eingesetzten H2O/NH3- oder H2O/LiBr-Gemisches eher für Wärmequellentemperaturen über 0 °C, z.B. als Grundwasserwärmepumpen.
Die Effizienz von Elektrowärmepumpen über einen längeren Zeitraum hinweg wird durch die Arbeitszahl b beschrieben, bei der die abgegebene Nutzarbeit zur aufgewendeten Antriebsarbeit ins Verhältnis gesetzt wird. Hiermit wird für einen bestimmten Zeitraum (z. B. ein Jahr) die Effizienz der Anlage gemessen. Zusätzlich zur Antriebsarbeit des Kompressors geht dabei auch der Energieverbrauch peripherer Komponenten ein, wie z. B. Pumpen auf der Wärmequellenseite. Während die Leistungszahl unter vorgegebenen Betriebsbedingungen (Temperaturen) ermittelt wird, stellen sich diese Größen bei der Arbeitszahl durch den praktischen Betrieb im System ein. Die Arbeitszahl (meist Jahresarbeitszahl) ist daher eine aussagekräftigere Beschreibung der Effizienz von Anlagen zur Nutzung oberflächennaher Erdwärme. Bei Grundwasserwärmepumpen liegen die Jahresarbeitszahlen von Neuanlagen im Bereich von etwa b = 4,0 bis ggf. etwas über b = 4,5. Bei der Nutzung von Erdreich als Wärmequelle lassen sich Jahresarbeitszahlen von etwa b = 3,8 bis 4,3 erreichen. Bei Direktverdampfung kann die Arbeitszahl der Anlage rund 10 bis 15 % höher liegen. Maßgeblich für hohe Arbeitszahlen der Wärmepumpenanlagen sind dabei eine ausreichende Dimensionierung der Wärmequellenanlagen und eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur der Wärmenutzungsanlagen (bei Fußbodenheizung z. B. 35 °C).
Wärmepumpen-Arbeitsmittel (Kältemittel)
Als Wärmepumpen-Arbeitsmittel wurden in der Vergangenheit in Kompressionswärmepumpen vorwiegend voll- und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW und HFCKW) eingesetzt (Tab. 2). Da Fluorchlorkohlenwasserstoffe maßgeblich zum Abbau der stratosphärischen Ozonschicht beitragen, dürfen in Zukunft nur noch Kältemittel zur Anwendung kommen, die kein Ozonabbaupotential und ein möglichst geringes Treibhauspotential aufweisen.
In Kompressions-Wärmepumpen eingesetzten Kältemittel werden häufig mit Kürzeln angegeben; in der Vergangenheit wurden vorwiegend die Fluorchlorkohlenwasserstoffe R12, R22 und R502 in Kompressionswärmepumpen verwendet. Diese Nomenklatur nach DIN 8962 bezieht sich auf die chemische Zusammensetzung der Stoffe. Die sich an den Buchstaben “R”, die Abkürzung für Refrigerant (Kältemittel), anschließenden Zahlen oder Buchstaben geben die atomare Zusammensetzung des Kältemittels wieder. Die 1. Ziffer bezieht sich dabei auf die Anzahl der Kohlenstoff(C)-Atome vermindert um 1. Die 2. Ziffer benennt die Anzahl der Wasserstoff(H)-Atome erhöht um 1. Die 3. Ziffer beinhaltet die Anzahl der Fluor(F)-Atome. Die übrigen freien Valenzen des Kohlenstoffs sind als Chloratome anzusetzen. Bei den Fluorchlormethanen (1 C-Atom) entfällt die 1. Ziffer. Die Bezeichnung “a” steht für asymmetrisch und kennzeichnet ein Isomer. Beispielsweise heißt demnach Tetrafluorethan (C2H2F4) R134a und Difluordichlormethan (CF2Cl2) R12. Die Methodik läßt sich auch auf chlor- und fluorfreie Kohlenwasserstoffe anwenden, wie z.B. auf Propan (C3H8 ergibt R290). Arbeitsmittel aus grundsätzlich anderen Stoffgruppen werden mit Nummern belegt, die mit 7 beginnen, z.B. Ammoniak (R 717), Wasser (R718) oder Luft (R729).