Alles rund um die Wärmepumpe
Termocasa
Die Wärmepumpe stammt aus dem Anfang des Jahrhunderts. XX, mit der Erfindung des Kühlschranks.
Eine Reihe physikalischer Phänomene und Gesetze konkurrieren um die Funktionsweise der Wärmepumpe: Das XNUMX. Prinzip der Thermodynamik: „Wärme kann niemals von selbst von einem Körper mit niedrigerer Temperatur zu einem Körper mit höherer Temperatur übergehen“ (Aussage von Clausius) sowie die Entdeckung des Physikers Watt: ein komprimiertes Gas gibt Wärme ab und umgekehrt, ein ausgedehntes - nimmt Wärme auf.Warum interessiert uns die Wärmepumpe?
Auf der ständigen Suche nach den besten Lösungen zur Energieerzeugung analysieren wir in diesem Artikel die Wärmepumpe in all ihren Varianten. Alle Bemühungen von Spezialisten, umweltfreundliche oder zumindest leicht umweltschädliche Wärmeressourcen zu finden und der Übergang zu ihrer Massennutzung zum Heizen von Häusern lenkten die Aufmerksamkeit auf die Einführung der Wärmeübertragung und das Aufkommen der immer bekannter werdenden Wärmepumpe. Die Wärmepumpe ist aufgrund ihrer Effizienz und des Einsatzes weniger umweltschädlicher Ressourcen als andere Heiz- oder Kühlsysteme eine der bevorzugten Lösungen als alternatives Installationssystem für Projekte, Häuser oder Gebäude mit nahezu Nullverbrauch und je nach Standortsituation wird für das Aktivhaus genutzt.Was ist eine Wärmepumpe?
In wenigen Worten können wir sagen, dass die Wärmepumpe Wärme aus einer der Quellen, für die sie ausgelegt ist (ob es sich um Erde, Wasser oder Luft handelt), und mit Hilfe eines Kompressors genau nach dem Prinzip anzieht und überträgt des Kühlschranks, erhöht die Temperatur eines Kältemittels mit sehr niedrigem Siedepunkt (irgendwo um -2°C), überträgt die Temperatur des thermischen Mittels, das unabhängig vom System durch die Heizungsanlage zirkuliert, auf die verwendeten statischen Körper (Heizungen, Fußboden, Lüftung usw.). Die Wärmepumpe zeichnet sich ganz einfach durch ihre Funktionsweise aus, die der von Kühlschränken mit Kompressor sehr nahe kommt: Ein komprimiertes Gas gibt Wärme ab und in umgekehrter Richtung nimmt ein expandiertes Wärme auf.So funktioniert die Wärmepumpe
Die Wärmepumpe benötigt eine permanente Stromquelle. Der Anschluss an eine dauerhafte Quelle ist zwingend erforderlich, wenn möglich an das öffentliche Netz, andernfalls aufgrund des geringen Verbrauchs vorzugsweise an eine Photovoltaik-Solaranlage oder, warum nicht, an Windkraftanlagen, alternative Systeme usw. Die Stromquelle versorgt den Kompressor mit Strom, der das Kühlmittel komprimiert, um die Temperatur zu erreichen, die zum Heizen und zur Warmwasserbereitung verwendet wird. Wenn der Kältemitteldampf den Kondensator in der Wärmepumpe erreicht, wird er von Wärme umgeben. Die Temperatur des Heizmittels ist im Dampfzustand niedriger als die Temperatur des Kühlmittels, sodass der Dampf abkühlt und kondensiert. In diesem Moment wird die Wärme vom Verdampfer übernommen, darunter auch die beim Verdichtungsprozess entstehende Wärme, von der ein erheblicher Teil im Kondensator freigesetzt und in Form von Nutzenergie zur Erwärmung an das Wärmemittel übertragen wird. Das Transfermittel wird dann meist über ein Expansionsventil zum Verdampfer zurückgeführt. Das Kältemittel gelangt somit vom Hochdruck des Kondensators zum Niederdruck des Verdampfers. Mit dem Eintritt in den Verdampfer werden hier wieder die zu Beginn des Prozesses gefundenen Werte erreicht und der Kreislauf schließt sich. Kühlschränke sowie Klimaanlagen sind klassische Beispiele für Wärmepumpen, die bereits in Haushalten vorhanden sind und nur im Kühlmodus arbeiten. Ein Kühlschrank ist eigentlich nur ein gut isolierter Kasten, an den ein Wärmepumpensystem angeschlossen ist. Die Verdampferspule befindet sich im Inneren und befindet sich normalerweise im Gefrierfach. Die Wärme wird vom Gefrierschrank aufgenommen und nach außen geleitet, normalerweise hinter oder unter dem Gerät, in dem sich die Kondensatorschlange befindet. Eine Klimaanlage, die die Wärme vom Inneren eines Hauses nach außen überträgt, funktioniert auf fast ähnliche Weise. Wir haben das Wärmepumpensystem also schon seit einiger Zeit in unseren Häusern, es wurde jedoch nicht in beide Richtungen genutzt. Die Wärmepumpe kann ohne die Existenz oder Unterstützung anderer Wärmequellen genutzt werden.Nach dem Betriebskriterium treffen wir Wärmepumpen mit Regime
- Monovalent: Die Wärmepumpe ist die einzige Wärmequelle – sie nutzt Strom aus dem öffentlichen Netz oder anderen Quellen, um den Kompressor zu betreiben
- Bivalent - parallel: kann parallel zur Wärmepumpe und einer anderen Wärmequelle montiert und verwendet werden; Wenn die parallele Wärmequelle Strom ist, wird das System bivalent - monoenergetisch parallel genannt
- Bivalent - alternativ: die Wärmepumpe arbeitet alternativ mit einer anderen Wärmequelle;
- Bivalent – Teilweise – Parallel: Die Wärmepumpe arbeitet parallel oder alternativ mit einer anderen Wärmequelle.
Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?
Es gibt zwei Haupttypen von Wärmepumpen, die nach dem verwendeten System benannt sind- Kompressionswärmepumpe, die immer mit mechanischer Energie durch elektrische Energie arbeitet
- Absorptionswärmepumpe, die auch mit Wärme als Energiequelle (über Strom oder Kraftstoffe) betrieben werden kann.
- Luft-Luft-Wärmepumpe (überträgt die Wärmeenergie der Raumluft)
- Luft-Wasser-Wärmepumpe (überträgt Wärmeenergie an einen Wassertank)
- Erdwärme-Luft-Wärmepumpe (überträgt Wärmeenergie an die Raumluft)
- Erdreich-Luft-Wärmepumpe (das Erdreich ist die Wärmequelle)
- Fels-Luft-Wärmepumpe (Fels ist Wärmequelle)
- Wasser-Luft-Wärmepumpe (Wasser als Wärmequelle)
- Grundwasserwärmepumpe (das Erdreich ist die Wärmequelle)
- Stein-Wasser-Wärmepumpe (Fels ist die Wärmequelle)
- Wasser/Wasser-Wärmepumpe (Gewässer als Wärmequelle)
Erdreich-Wasser-Wärmepumpen
Die als Glykol bezeichnete Frostschutzlösung zirkuliert durch den Kreislauf der im Erdreich verlegten Rohre der Wärmequelle und nimmt die Wärme der Erde über einen horizontalen oder vertikalen Wärmetauscher auf. Diese Wärme wird mit Hilfe eines Kompressors an das Heizsystem des Hauses übertragen und zum Kondensator transportiert. Im Kondensator nimmt das Wasser des Wärmeübertragungssystems die im Verdampfer aufgenommene Wärme auf und wird dem Kompressor mit Energie zugeführt. Abhängig von der Platzierung der Kollektoren unterscheiden wir verschiedene Arten von Wärmepumpen mit Kollektoren:- flach: Sie haben ein System von Kollektoren in verschiedenen Formen (U oder Spiralen), die in einer durchschnittlichen Tiefe von 1-2 m vergraben sind. Es ist ein Wirtschaftssystem von großer Effizienz, aber es kann in keinem Boden vergraben werden und benötigt eine Erweiterung, die fast doppelt so groß ist wie die bewohnbare Fläche.
- der Tiefe: Sie bestehen aus Sonden, die in einer Tiefe von 50-100 m montiert sind und eine sehr hohe Effizienz haben. Die Installationskosten sind aufgrund der Bohrungen mit variablen Preisen zwischen 100 und 300 Lei / Meter erheblich. Sie sind nur nutzbar, wenn der Boden dies zulässt.
- mit direkter Verdampfung: Sie haben zusätzlich zu den flachen einen speziellen Erfassungskreislauf und sind aus diesem Grund effizienter oder können weniger Platz einnehmen.
Wasser-Wasser-Wärmepumpen
Die Wärme des geförderten Grund- oder Oberflächenwassers wird zur Wärmeübertragung genutzt und durch den Kompressor zum Kondensator transportiert. Dort angekommen kommt das Boden-Wasser-Pumpensystem zum Einsatz. Diese nutzen Wärme aus Erdwärmequellen mit Temperaturen über 8 Grad Celsius am effizientesten, sind aber aufgrund der Verfügbarkeit der Ressource und der gesetzlichen Vorschriften für ihren Abbau auch am schwierigsten zu nutzen. Eine besonders wichtige Rolle spielt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe in der Industrie oder bei der maximalen Nutzung geothermischer Quellen. Abwasser oder geothermisches Wasser mit Temp. Maximaltemperaturen von 28–30 °C können erfolgreich ausgenutzt werden. Bei geothermischem Wasser kann die Quelle durch den Einsatz mehrerer PDCs in Kaskade vervielfacht werden. Selbstverständlich wird die Qualität des Wassers berücksichtigt, diese Beeinträchtigung kann durch den Einsatz geeigneter Wärmetauscher (Korrosionsschutz) vermieden werden. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann auch zur Nutzung von Wasser aus Seen, Flüssen, Tunnelgewässern und Staudämmen (mit Temperaturen >8 °C) eingesetzt werden. Das Wasser-Wasser-System wird auch als Open-Loop-Capture-System bezeichnet. Die Geschwindigkeit des Wasserflusses durch den Verdampfer darf 0,8 m/s nicht überschreiten. Dieser Wärmepumpentyp kann den höchsten COP aller hier genannten Typen erreichen. Ein solches Wasser-Wasser-System kann leicht einen COP=5 erreichen und diesen sogar überschreiten, wenn es gut gebaut und richtig dimensioniert ist. Es kann auch beeindruckende Leistungen von mehreren Tausend kW liefern, entweder mit einem einzigen Gerät oder durch die Verbindung mehrerer kleinerer Aggregate. Allerdings ist sie bislang, zumindest in Europa, nicht die am weitesten verbreitete Wärmepumpe. Dafür gibt es mehrere Gründe: Die Qualität des Wassers muss praktisch der Qualität von Trinkwasser entsprechen; Das aus den phreatischen Schichten entnommene Wasser muss erneut in den Boden injiziert werden (der Injektionsbrunnen muss sich mindestens 15 m stromabwärts von der Wasserfließrichtung im Grundwasser befinden). Für jedes installierte thermische kW ist eine Mindestwassermenge von 160 Litern/h erforderlich. Stunde ist erforderlich, d. h. 0,16 mc/Stunde (bei mindestens 8 °C), wobei der Durchfluss durch die Förderbohrung jederzeit gewährleistet sein muss; In der EU gelten für diese Art des Bohrens sehr strenge Vorschriften.Luft-Wasser-Wärmepumpen
Wärme aus der Außenluft, zugeführt mit einem Ventilator oder Luft aus der Lüftungsanlage, wird durch den Verdampfer zum Wärmeträgermedium und dann durch den Kompressor zum Kondensator transportiert. Dieses Wärmeübertragungssystem besteht aus einem Flüssigkeitskreislauf, der zum Heizen des Hauses und/oder zur Warmwasserbereitung im Haushalt verwendet wird. Diese Systeme sind nicht sehr effizient, in ihrer aktuellen Version haben die Wasser-Wasser-Wärmepumpen den niedrigsten Wirkungsgrad, daher sind auch die Kosten geringer. Diese Pumpen können bei Temperaturen unter 15 Grad Celsius nicht monovalent arbeiten.Luft-Luft-Wärmepumpen
Wärme aus der mit einem Ventilator zugeführten Außenluft oder Luft aus der Lüftungsanlage wird über den Verdampfer an das Wärmeträgermedium abgegeben und durch den Kompressor zum Kondensator transportiert. Das Wärmeübertragungssystem besteht aus einem System von Luftkanälen oder speziellen Geräten, die zum Heizen des Gebäudes verwendet werden. Sie werden in seltenen Fällen in Heizsystemen aufgrund der geringen Effizienz des Wärmeträgers Luft verwendet (allgemein als "Klimaanlagen" bekannte Systeme sind eigentlich Luft-Luft-Wärmepumpen, und ihr COP liegt unter 3).Wärmepumpen mit Ultraflex-Wärmetauschern
Das Ultraflex-System hat keinen Zwischentauscher mehr, wie er in den meisten Wärmepumpen auf dem Markt zu finden ist, weshalb das System im Vergleich zu den übrigen Wärmepumpen einen sehr hohen COP, eine stark erhöhte Zuverlässigkeit und sehr lange verlängerte Betriebs- und Garantiebedingungen aufweist. und ihr Kaufpreis ist sehr attraktiv. Allerdings hat es eine extrem große Leistungsvariation (solche Systeme sind derzeit nicht leistungsbeschränkt und bieten eine unvergleichliche Leistung).- die Größe des zu beheizenden Objekts (die bewohnbare und beheizte Fläche, die durchschnittliche Höhe der Räume). Der verfügbare (unbebaute) Raum um das Ziel herum;
- das geografische Gebiet, in dem sich das Ziel befindet;
- die Möglichkeiten der Installation anderer Heizsysteme (Gas, Flüssigbrennstoff, Flüssiggas usw.);
- die Möglichkeiten der Nutzung der „Kältequelle“ (Wasser, Luft, Boden) vor Ort;
- das Vorhandensein anderer Wärmequellen (um die Betriebsart der Wärmepumpe festzulegen);
- Stromversorgungsbedingungen (Ein- oder Dreiphasennetz, maximal zulässige elektrische Leistung am Stromanschluss).
Was kostet die Wärmepumpe?
Ohne Zweifel sind die Kosten für den Einsatz einer Wärmepumpenheizung deutlich geringer als die einer klassischen Heizungsanlage. Der Unterschied ergibt sich aus dem Verbrauch von 1 kW elektrischer Energie, bis die Wärmepumpe umgewandelt wird oder 3 – 5 kW an Wärmeleistung erzeugen kann. Ein sehr gutes Verhältnis im Vergleich zu anderen klassischen Lösungen. Die an der Wärmepumpe beobachtete Energieleistung wird durch den COP angegeben und ist definiert als das Verhältnis zwischen der am Kondensator abgeführten Wärmemenge und der vom Kompressor verbrauchten elektrischen Energie. Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes, im Vergleich zur Wärmepumpe, aber auch unter Berücksichtigung des Nutzungskomforts können wir sagen, dass die beim Heizen mit festen Brennstoffen verbleibenden Rückstände keineswegs vernachlässigbar sind, ebenso wenig wie deren konstanter und vorhersehbarer Preis Zunahme von Erdgas, flüssigen Brennstoffen oder Strom. In verschiedenen Programmen zur Förderung eines verantwortungsvollen Konsums wie „Casa Verde“ konnten Eigentümer, die ihre Häuser mit einem auf der Wärmepumpe basierenden System ausstatteten, von einer staatlichen Förderung profitieren, zuletzt waren es 8000 Lei. Ebenfalls abrechnungsfähig waren die mit der Installation bzw. Inbetriebnahme der Anlage verbundenen Aufwendungen sowie die Mehrwertsteuer, also die Umsatzsteuer dieser Aufwendungen. Der Preis der Wärmepumpe vom Typ Sol-Air variiert zwischen 2400 Euro für eine Leistung von etwa 7,5 kW und kann 12.000 Euro für solche mit etwa 50 kW erreichen. Abhängig vom Bedarf und der Fläche, die beheizt werden soll, kann ein Preis von ca. 280 Euro/KW in Betracht gezogen werden. Der Preis der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu anderen Wärmepumpen durchschnittlich und liegt zwischen 1900 Euro für die kleinen 6-kW-Wärmepumpen und kann 15.000 Euro für die 50-kW-Wärmepumpen erreichen. Abhängig vom Bedarf und der Fläche, die beheizt werden soll, kann ein Preis von ca. 260 Euro/KW in Betracht gezogen werden. Der Preis der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu den anderen Wärmepumpensystemen am niedrigsten und variiert zwischen 2100 Euro / 6 kW und kann 9000 Euro für 35 kW erreichen. Je nach Bedarf und zu beheizender Fläche kommt ein Preis von ca. 240 Euro/Kw in Betracht.Weitere wichtige Beobachtungen
Nach europäischen Normen erfolgt die Berechnung der notwendigen Wärmelast auf den Quadratmeter Fläche [W/m²] unter Berücksichtigung der maximalen Raumhöhe H=3m (typische Höhe der meisten Räume – in atypischen Fällen die). notwendige Korrekturen werden vorgenommen). Wenn ein Gebäude beispielsweise einen Wärmebedarf von 50 W/m350 und eine zu beheizende Wohnfläche von 3 m250 (H = 50 m) hat, beträgt die Wärmeleistung der Wärmeanlage (unabhängig von der Art) 12500 MP x 12.5 W/m200 = 8 W = 10 kW. (Die Höhe wird nur in atypischen Fällen angegeben). Die richtige Dimensionierung einer Pumpe ist für ihre Lebensdauer von entscheidender Bedeutung. Eine überdimensionierte Wärmepumpe ist nicht nur teurer, sondern hat auch einen falschen Betriebsmodus mit häufigeren Starts und Stopps. Eine unterdimensionierte Wärmepumpe arbeitet länger und mit kleinen Pausen. Wenn es jedoch keine Alternative gibt, ist es besser, die Pumpe (innerhalb gewisser Grenzen) zu unterdimensionieren als zu überdimensionieren. Für ein Haus mit 60.000 Quadratmetern Nutzfläche, bei dem eine Erd-Luft-Wärmepumpe mit 4701-XNUMX kW ausreicht, betragen die Gesamtkosten etwa XNUMX Lei und variieren je nach gewählter Marke. Aufgrund des relativ hohen Preises von Wärmepumpen ist es unwirtschaftlich, schlecht isolierte Räume zu beheizen, die hohe Heizleistungen erfordern. Es ist besser, das Gebäude zu isolieren, als die Leistung der Heizquelle zu erhöhen. Bei der Leistungsermittlung einer reversiblen Wärmepumpe wird die Kühlleistung (EER) berücksichtigt. Die Kühlleistung ist immer größer als die Heizleistung. Beispielsweise lauten die DIN XNUMX-Normen zu den Bedingungen, die beheizte Gebäude in Deutschland erfüllen müssen, in ihrer Weiterentwicklung:- 45-60 W/m2002 Neubauten (Verordnung XNUMX)
- 50-60 W/m1995 Neubauten (Verordnung XNUMX)
- 70-90 W/m1995 Konstruktionen, die vor XNUMX gebaut wurden
- 120 W/mXNUMX Altbau ohne Vorschriften
