Theorie der Wärmepumpe
Prinzipiell handelt es sich bei einem Wärmepumpenprozess um einen Kreisprozess, in dem ein sog. Arbeits- bzw. Kältemittel – eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt – den Zustandsänderungen Verdampfung, Verdichtung, Verflüssigung und Entspannung unterworfen wird.
Mit einem kleinen Anteil hochwertiger Energie wird viel Wärme, die sonst nicht nutzbar ist, auf ein höheres, für Heizzwecke verwertbares Temperaturniveau "gepumpt". Drei Viertel der benötigten Energie entstammen der Umwelt. Durch Einsatz dieser Wärme und einem Viertel Antriebsenergie wird die Wärmepumpenanlage zur vollwertigen, umweltschonenden Heizung.
Im Verdampfer entzieht die Wärmepumpe der Umgebung – Erdreich, Wasser oder Luft – gespeicherte Umweltwärme und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.
Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Sie fließt immer von einem Körper hoher Temperatur zu einem mit niedriger Temperatur (Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre). Daher muss die Wärmepumpe die aufgenommene Wärmeenergie aus der Umgebung unter Einsatz von hochwertiger Energie – z. B. Strom für den Antriebsmotor – auf ein zum Heizen und Warmwasserbereiten notwendiges Temperaturniveau bringen.
Eigentlich arbeitet die Wärmepumpe wie ein Kühlschrank, d. h. mit gleicher Technik, aber mit umgekehrtem Nutzen. Sie entzieht einer kalten Umgebung Wärme, die zum Heizen und Warmwasserbereiten genutzt werden kann.
Die Leistungszahl
Die Leistungszahl gibt die abgegebene Heizleistung im Vergleich zur aufgewendeten Antriebsleistung an.
Eine Leistungszahl von 4,5 bedeutet daher, dass das Viereinhalbfache der eingesetzten elektrischen
Leistung in nutzbare Energie umgewandelt wird.
Die Jahresarbeitszahl
Die im Laufe einer gesamten Heizperiode gelieferte Nutzenergie im Verhältnis zu der zugeführten elektrischen Antriebsenergie ergibt die Jahresarbeitszahl.
Höchste Jahresarbeitszahlen erreichen...
In jedem Fall ist die Leistungszahl von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der
Wärmeverteilung abhängig. Je geringer dieser "Temperaturhub" gestaltet wird, um so wirtschaftlicher
arbeitet jede Wärmepumpe. Daher ist die optimale Auslegung der gesamten Anlage wichtig.
Die Heizungs-Vorlauftemperatur und der Zusammenhang des Erdkollektors...
Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Temperatur der Wärmenutzungsanlage ist und je großzügiger
der Erdkollektor im Freien ausgelegt ist, um so höher ist die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe.
Und um so niedriger sind damit die Heizkosten.
Um hohe Jahresarbeitszahlen zu erreichen ist ein großflächiges Wärmeabgabesystem zu wählen.
Ideal sind dafür Niedertemperatur Fußbodenheizungen und Wandheizungen.
Pufferspeicher - zur Steigerung der Jahresarbeitszahl
Heizwasser-Pufferspeicher sind empfehlenswert, um optimale Laufzeiten und Steigerungen der Jahresarbeitszahl zu erzielen. Pufferspeicher sorgen für eine Entkoppelung der Volumenströme im Wärmepumpen- und Heizkreis. Mit dem Pufferspeicher lässt sich ein ausgeglichener Betrieb erreichen, denn die Heizleistung der Wärmepumpe deckt sich nicht immer mit dem vorhandenen Wärmebedarf des beheizten Gebäudes. Dies führt dazu, dass die Wärmepumpe unregelmäßig arbeitet.
Wenn z.B. der Volumenstrom im Heizkreis über Thermostat-Ventile (Einzelraumregelungen) reduziert wird, arbeitet der Volumenstrom im Wärmepumpenkreis immer noch konstant. Ein Takten (schnelles Ein- und Ausschalten) wird vermieden und verlängert so die Lebensdauer der Wärmepumpe. Auch thermische Solaranlagen können bei der Unterstützung von Trinkwassererwärmung und Heizung dienen. Dabei muss jedoch die Solar-Wärme in das gesamte Heizsystem eingespeist werden. Dies ist nur mit einem ausreichend dimensionierten Pufferspeicher sinnvoll möglich. Hierzu können Kombi-Pufferspeicher mit hygienischer Warmwasserbereitung hilfreich sein!
Pufferspeicher können Sperrzeiten von Energieversorgungsunternehmen (EVU) überbrücken
und einen konstanten Wasservolumenstrom der Wärmepumpe gewährleisten.
Außerdem ist bei der Verwendung von Pufferspeichern das Auswechseln der Umwälzpumpe bei einer Modernisierung der Heizungsanlage nicht nötig. Verhindert werden auch Strömungsgeräusche im Wärmeverteilersystem, da der Volumenstrom im Heizkreis unverändert bleibt.
Warmwasserbereitung mit der Heizungswärmepumpe
Für die Warmwasserbereitung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Es besteht die Möglich-
keit, eine gesonderte Wärmepumpe nur für die Warmwasserbereitung zu installieren. Diese haben
meist nur 2 bis 2,5 kW und brauchen daher sehr lange für die Aufheizung eines beispielsweise 300 l
Speichers (ca. 7 Stunden von 10°C auf 50°C).
Die Empfehlung geht daher eindeutig in die Richtung, das Warmwasser gleich mit der Heizungs-
wärmepumpe zu erwärmen. In diesem Fall kann die gesamte Heizleistung der Wärmepumpe (z.B.
13 kW) zur Speicherladung herangezogen werden. Dann beträgt die Ladezeit eines 300 l Speichers
lediglich ca. 1 Stunde.
Wärmepumpen arbeiten mit geringen Temperaturen. Daher ist auf die Hygiene im Trinkwasserspeicher
besonders zu achten (Legionellenbildung, etc...). Es ist deshalb eine Warmwasserbereitung auf Vorrat
zu vermeiden. Vielmehr sollte das warme Heizungswasser in einem Heizungspufferspeicher gelagert
werden und das Trinkwasser bei Bedarf im Durchflussprinzip über einen Wärmetauscher entnommen werden.
Mehr Informationen darüber gibt es hier.
Was ist HGL-Technik?
Was ist HGL-Technik?
Warmwasser ohne Zusatzkosten, nur durch die Abwärme des Kompressors im Heizbetrieb der
Wärmepumpe!
HGL = Heißgasladetechnik (für mehr Informationen bitte anklicken)
Arbeitsmittel
Als Arbeitsmittel (Kältemittel) werden Stoffe, welche bei niedrigen Temperaturen verdampfen und
gleichzeitig eine hohe innere Wärme besitzen, verwendet. Solche Arbeitsmittel sind absolut un-
bedenklich und belasten unsere Umwelt kaum. Überwiegend verwendete Arbeitsmittel sind R 407C
oder R 134a.
Die Vorteile liegen auf der Hand:
- geringe Betriebskosten, d.h. keine Lagerung von Heizmaterial (keine Vorfinanzierung)
- geringe Wartungskosten (kein Öldüsenwechsel, kein verschmutzer Ölkessel, kein Rauchfangkehren)
- niedrige Anschaffungskosten (kein Kamin, kein Tankraum bzw. Gasanschluss nötig)
- Umwelt- und Klimaschonend (kein Rauch, kein Ruß, kein Staub, CO2-Reduktion)
- Zahlreiche Förderungen (von Bund, Land und diversen Gemeinden)
- Behaglichkeit und Komfort (leiser und gefahrloser Betrieb, angenehmes Raumklima durch Niedertemperatur)
Befüllen der Anlage:
Damit ein langjähriger und störungsfreier Betrieb gewährleistet ist, sollten beim Befüllen der Anlage
(Heizungsanlage und Solekreislauf) unbedingt die ÖNORM H 5195-1 (Verhütung von Schäden durch
Korrossion und Steinbildung in geschlossenen Warmwasserheizungsanlagen mit Betriebstemperaturen
bis 100 °C) sowie die ÖNORM H 5195-2 (Frostschutz in Heizungsanlagen und sonstigen Anlagen mit
Wärmeträgern) eingehalten werden.