Funktionsweise

Drei Quellen. Zwei Energien. Ein Kreislauf. 

So funktioniert Effizienz mit der Wärmepumpe.

Das Prinzip der Wärmepumpe

Der Wärmepumpenkreislauf - logisch erklärt.

Die Wärmepumpe wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um - 

auch im Winter bei weit unter 0°C.

Dies geschieht in einem geschlossenen Kreisprozess durch ständiges Ändern des Aggregatzustandes 

des Arbeitsmittels (Verdampfen, Komprimieren, Verflüssigen, Expandieren). Nach dem selben Prinzip

 entzieht auch ein Kühlschrank seinem Inneren die Wärme und gibt diese dann nach außen ab.

Die Wärmepumpe hingegen entzieht der Umgebung des Hauses - Erdreich, Wasser oder Luft - gespeicherte Sonnenwärme und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von nutzbarer Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.

 

Der Wärmepumpenkreislauf

Der wesentliche Prozess der Wärmepumpe besteht darin, dass ein Arbeitsmittel (Kältemittel) in einem 

ständigen Kreislauf seinen Aggregatzustand (flüssig bzw. gasförmig) ändert und Wärme aufnimmt bzw. abgibt.

Der Wärmepumpen-Kreisprozess folgt im wesentlichen dem Carnot-Prozess.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Grafik zeigt den Prozess einer Wärmepumpe

 

1. Verdampfen

In einem Wärmetauscher nimmt das flüssige Kältemittel Energie von der Wärmequelle 

Wasser, Erde oder Luft auf und verdampft mit zunehmender Temperatur.

 

2. Verdichten

In einem Kompressor wird unter Zufuhr elektrischer Energie das nun dampfförmige, aber noch kalte 

Kältemittel verdichtet und dadurch erhitzt. Das Kältemittel verlässt als sogenanntes Heißgas den Verdichter.

 

3. Verflüssigen/Kondensieren

Das Heißgas gelangt nun in den Verflüssiger, gibt Energie an das Heizsystem ab, kondensiert und verlässt als warmes, flüssiges Kältemittel den Kondensator. Das Heiz- oder Warmwasser wird dadurch auf die gewünschte Temperatur erhitzt.

 

4. Entspannen

Das warme, flüssige Kältemittel wird zum Expansionsventil transportiert. Im Expansionsventil wird der Druck schlagartig gesenkt. Die Temperatur des Kältemittels nimmt dadurch ohne Abgabe von Energie ebenfalls schlagartig ab. 

Das kalte, flüssige Kältemittel wird dem Verdampfer zugeführt und der Kreislauf beginnt von neuem.

Die Wärmepumpen-Heizanlage

Auf die Abstimmung kommt es an.

Die Wärmepumpen-Heizanlage besteht aus einer Wärmequellenanlage (WQA), der Wärmepumpe (WP) und der 

Wärmenutzungsanlage (WNA - Wärmeverteil- und Speichersystem). Alle Anlagenteile müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um einen  einwandfreien Betrieb und hohe Leistungszahlen (Jahresarbeitszahl) zu gewährleisten.

 

Folgende Betriebsweisen sind möglich:

 

1. Monovalent

    •    Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger. Die Wärmepumpe deckt jederzeit 100 % des Wärmebedarfes. 

 Geeignet für Vorlauftemperaturen von max. 55 °C bzw. 65/68 °C bei Typenreihe »plus«. 

 Anlagen mit Wärmequelle Erdreich oder Wasser werden monovalent betrieben.

 

2. Bivalent-Parallel (WP und Zusatzheizung)

[Erfolgt die Zusatzheizung über einen E-Heizstab, spricht man von  monoenergetisch.] 

 Die Wärmepumpe heizt bis zum Zuschaltpunkt allein. Nach dem Zuschaltpunkt heizt sie gemeinsam 

mit dem Kessel oder E-Heizstab. Max. Vorlauftemperatur: 65/68 °C. 

 Hauptsächlich bei Neuanlagen mit Wärmequelle Luft oder Umrüstung bei Altbausanierung. 

 

3. Bivalent-Alternativ (WP oder Zusatzheizung)

 Die Wärmepumpe heizt bis zum Umschaltpunkt allein. Nach dem Umschaltpunkt heizt der Kessel allein. Für Vorkauftemperaturen bis 90°C geeignet. Hauptsächlich verwendet bei Nachrüstungen.

 Beispiel: Bei einem Zuschaltpunkt von 0 ºC leistet die Luft/Wasser-Wärmepumpe selbst 

bei tiefster Außentemperatur von - 16 ºC noch beachtliche 88 % der Jahresheizarbeit. 

 Je tiefer der Zuschaltpunkt des zweiten Wärmeerzeugers liegt, desto höher ist der Anteil der Wärmepumpe 

an der Jahresheizarbeit. Die Jahresheizarbeit ist außerdem von der Klimazone und der Betriebsweise abhängig.

Leistungszahl und Temperaturhub

Einfache Physik.

Das Geheimnis der Wärmepumpe.

e = Heizleistung : Antriebsleistung = (Umweltenergie + Antriebsleistung) : Antriebsleistung

Die Leistungszahl e gibt die abgegebene Heizleistung im Vergleich zur aufgewendeten Antriebsleistung an. Häufig wird statt dem Begriff  "Leistungszahl" auch die englische Bezeichnung "COP - coefficient of performance" verwendet.

Eine Leistungszahl von 4 bedeutet daher, dass das Vierfache der eingesetzten elektrischen Leistung in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt wird. Die Leistungszahl ist ein Momentanwert.

Die im Laufe einer gesamten Heizperiode gelieferte Nutzenergie im Verhältnis zu der zugeführten elektrischen Antriebsenergie ergibt die Jahresarbeitszahl. Weiters kann zwischen der Wärmepumpen-Arbeitszahl 

und der (gesamten) Anlagen-Arbeitszahl unterschieden werden.

 

Temperaturhub bestimmt Leistungszahl

In jedem Fall ist die Leistungszahl von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmeverteilung abhängig: Je geringer dieser "Temperaturhub" ausfällt, um so wirtschaftlicher arbeitet jede Wärmepumpe. Daher ist die optimale Planung der Gesamtanlage so bedeutend.

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