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Wärmepumpe - Grundlagen

 

Wärmepumpenarten

 

Bei der Heizung haben wir uns für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe entschieden. Die erste Silbe (Luft) sagt, woher die Energie gewonnen wird, die zweite Silbe (Wasser) sagt, was erwärmt wird. Was spricht für and was gegen eine Wärmepumpe? Das geniale Arbeitsprinzip verwendet von der Umgebung Wärmeenergie und verwendet diese mit um das Haus zu heizen. Die Umgebung kann dabei Erdwärme mittels Tiefenbohrung (ein paar Zig Meter) sein, das Erdreich (ca. 2m tief), oder gar die Luft. Ein kurzer Vergleich:

 

Sole (Tiefenbohrung)

Vorteile: Höchster Wirkungsgrad

Nachteil: Sehr hoher Aufwand für die Erschließung (10t€ ... 15t€); Bohrung nicht überall erlaubt.

 

Erdreich (1-2m tief)

Vorteil: Noch relativ guter Wirkungsgrad

Nachteil: Erhöhter Aufwand für die Erschließung (wenige tausend  Euro); mittlerer Wirkungsgrad.

 

Luft

Vorteil: Keine Kosten für die Erschließung (benutzt die Umgebungsluft)

Nachteil: Niedrigerer Wirkungsgrad

 

Besonders bei der Verwendung einer Luft-...-Wärmepumpe muß darauf geachtet werden, daß das Haus von sich aus keinen hohen Heizbedarf hat. Denn wenn man am meisten heizen muß - in der kalten Winternacht - ist die Luft leider sehr kalt und es kann dann nicht mehr viel Energie aus ihr entnommen werden. Unsere Wärmepumpe ist eine sogenannte Split-Variante: Das Außengerät, das der Luft die Energie entnimmt, steht, wie es der Namen sagt, im Freien. Das Innengerät mit der Steuerelektronik und dem Wasertank für Heizung und Brauchwarmwasser steht, wie es der Namen vermuten läßt, im Haus.

 

 

Außengerät_sInnengerät_s

Links ist das Außengerät und rechts das Innengerät zu sehen. Die Wärmepumpe ist eine Rotex HPSU compact mit 11KW.

 

 

So funktioniert eine Wärmepumpe

 

Prinzip_sDie in der Darstellung eingetragenen Temperaturen sind Beispielwerte. Fangen wir nach dem Kompressor an: Der Kompressor verdichtet das -15Grad warme Kältemittel. Dabei erwärmt sich die Temperatur und der Druck des Kältemittels entsprechend der Leistung des Kompressors auf 34Grad. Über einen nicht eingezeichneten Wärmetauscher wird die Wärme zur Raumheizung genutzt. Dadurch sinkt die Temperatur des Kältemittels auf 28Grad ab. An der Düse entspannt sich das Gas - der Druck nimmt schnell ab und damit sinkt die Temperatur des Gases auf -30 Grad. Dieses kalte Wärmemittel fließt jetzt zu der Stelle, wo die Energie aus der Umwelt aufgenommen wird. Im Beispiel ist das die -10Grad “warme” Außenluft. Diese erwärmt das Kältemittel von -30Grad auf -15Grad. Durch diese Erwärmung aus der Luft (oder Wasser), hat das Kältemittel Energie aufgenommen. Jetzt fließt das -15Grad warme Kältemittel zum Kompressor und wird dort verdichtet, wobei es sich auf +34Grad erwärmt.

Als Energiekunde interessiert einen nur die Leistung des Kompressors. Mit der Energie des Kompressors erhält man eine Heizenergie, die der Summe aus Kompressorenergie und der aus der Umwelt aufgenommenen Energie entspricht.

 

 

Der Bivalenzpunkt

Bivalenzpunkt_sWie beim Arbeitsprinzip der Wärmepumpe bereits erläutert, ist die Leistung der Wärmepumpe um so größer, je größer die Außentemperaturen sind. Die rote Gerade im linken Diagramm ist die Leistung der Wärmepumpe in Abhängigkeit der Außentemperatur. Ist es sehr kalt (z.B. -15 Grad), so ist die Leistung der Wärmepumpe niedriger.  Mit zunehmender Temperatur steigt die Leistung der Wärmepumpe an.

Die grüne Gerade ist die benötigte Heizleistung in Abhängigkeit der Außentemperatur, um im Haus eine konstante Temperatur (z.B. 20 Grad) zu haben. Bei geringen Außentemperaturen ist die benötigte Heizleistung hoch und nimmt mit Zunahme der Außentemperatur ab.

Der Punkt, wo sich beide Geraden schneiden, nennt sich Bivalenzpunkt. Was hat es mit diesem Punkt auf sich? Rechts vom Bivalenzpunkt hat die Wärmepumpe genügend Leistung, um das Haus auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Links vom Bivalenzpunkt hat die Wärmepumpe nicht mehr genügend Leistung, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Mit zunehmender Kälte wird die Schere zwischen benötigter Heizleistung und der Leistung der Wärmepumpe immer weiter. Die Differenz zwischen der grünen und roten Kurve links vom Bivalenzpunkt ist die Leistung, die fehlt, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Mit zunehmender Kälte wird diese fehlende Heizleistung immer größer. Was bedeutet das?

Ist die Außentemperatur unterhalb des Bivalenzpunktes, bleibt ihr Haus kälter als gewünscht. Entweder man akzeptiert das, oder man muß den Heizstab der Wärmepumpe zuschalten. Der Heizstab wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um, allerdings ohne die Energie der Umwelt nutzen zu können. Der Wirkungsgrad der Heizung verschlechtert sich infolgedessen deutlich.

Was folgt aus dem Ganzen? Der Energiebedarf des Hauses sollte so niedrig sein und der Wirkungsgrad der Wärmepumpe so hoch, daß die Bivalenztemperatur tiefer liegt als die Außentemperaturen eines normalen Winters. Dann liefert die Wärmepumpe die Heizenergie ohne die Zuschaltung eines Heizstabes. Wenn an ein paar Tagen im Winter der Heizstab benötigt wird, so wirkt sich das nicht großartig aus. Daraus folgt auch, was absolut zu vermeiden ist: Schlechte Dämmung des Hauses in Verbindung mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

 

 

Inverter-Wärmepumpe

 

Eine Inverter-Wärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die die Leistung stufenlos regeln kann. Die heutigen Wärmepumpen sind meistens Inverter-Wärmepumpen. Nicht-Inverterpumpen kennen nur die Zustände “voll Heizen” und “aus”.

 

 

COP und JAZ

 

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mit den Kennzahlen COP (coefficient of performance) und JAZ (Jahresarbeitszahl) gemessen. Die COP ist eine labormäßige Größe und sagt aus, wie das Verhältnis von eingesetzter Energie zu der gewonnenen Heizwärmeenergie in genau einem Arbeitspunkt unter konstanten Bedingungen ist. Dabei werden wechselnde Außentemperaturen, Luftfeuchte usw. nicht berücksichtigt. Dieses Außeneinflüässe werden in der  JAZ berücksichtigt. Die JAZ ist daher die aussagekräftigere Kenngröße.

 

 

 

Die Spreizung

 

Die Spreizung ist die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur. Der ideale Wert der Spreizung liegt bei ca. 5Grad. Das gilt natürlich für die bereits länger laufende Heizung, wenn sich stationäre Werte eingestellt haben (stationär = eingeschwungen = stabil). Beim Einschalten der Heizung wird die Spreizung u.U. höher sein. Wird die Spreizung kleiner - 2-3Grad - und haben Sie eine Inverter-Wärmepumpe, so wird die Wärmepumpe die Leistung reduzieren. Nimmt die Spreizung noch weiter ab, wird die Wärmepumpe ausschalten. Ziel ist es eine dauernd laufende Wärmepumpe zu haben. Dazu sollten alle Raumthermostate voll aufgedreht werden. Schaltet die Inverter-Wärmepumpe in der kalten Jahreszeit trotzdem häufig ab, könnte das ein Indiz sein, daß die Wärmepumpe überdimensioniert ist.

 

 

Checkliste

 

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