WÄRMEPUMPEN - EINLEITUNG

Begrenzte Brennstoffressourcen und ein globaler Fokus auf Umweltschutz sind Themen, die auf die Möglichkeit der Nutzung erneuerbarer Energiequellen aufmerksam gemacht haben. Heute diese Wärmepumpen steht für sichere, effiziente und innovative Heizgeräte mit wirtschaftlichem Betrieb unter dem Gesichtspunkt des Stromverbrauchs.

Wärmepumpen - sind Geräte, die die notwendigen technischen Voraussetzungen bieten, um die im Grundwasser, im Boden oder in der Luft angesammelte Sonnenenergie in Form von ökologischer Wärme effizient zum Heizen oder Kühlen der Räumlichkeiten und zur Aufbereitung von Warmwasser zu nutzen.

Wärmepumpe bezieht etwa drei Viertel der benötigten Energie aus der Umwelt und im Übrigen Wärmepumpe nutzt Strom als treibende Energie.
Moderne Wärmepumpen bieten effektive technische Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen. Bei der Modernisierung von Alt- und Neubauten ist die Wärmepumpe eine gute Alternative.
Dieser Artikel befasst sich mit den Grundprinzipien der Wärmepumpentechnologie, den wichtigsten technischen Varianten, und veranschaulicht die wichtigsten Aspekte der Anwendungen, die diese Geräte integrieren.

 WARUM EINE WÄRMEPUMPE?

 1. Wirtschaftliche Motivation
1.1 Reduzierte Betriebskosten
- Abhängig vom Typ der Wärmepumpe können bis zu 3/4 der Heizenergie aus der Umgebung bezogen werden (kostenlos).
-Über einen Kompressor (elektrisch betrieben!) Wärmepumpe crWärmepumpen - Verbrauchsentwicklungist die Temperatur des thermischen Mittels, das aus der Umgebung auf die im Heizsystem des Hauses erforderliche Temperatur gebracht wird.
- Mit einer Wärmepumpe können Sie das ganze Jahr über die in der Umwelt angesammelte Sonnenenergie nutzen!
1.2 Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen
Die von der Wärmepumpe verwendeten Energiequellen stehen direkt vor unserer Tür zur Verfügung, völlig unabhängig von der Verfügbarkeit oder dem Preis fossiler Brennstoffe.

2. Komfort
Das Heizsystem mit Wärmepumpen bietet höchsten Komfort und einfachste Bedienung. Das normalerweise in Kombination mit Wärmepumpen (Fußbodenheizung, Wände, Niedertemperaturheizsysteme) verwendete Wärmeverteilungssystem garantiert ein angenehmes und gesundes Klima.
Umkehrbare Wärmepumpenmodelle (Wasser-Wasser oder Grundwasser) können auch im Sommer für die notwendige Kühlung sorgen.
Wärmepumpensysteme sind im Allgemeinen sehr leise, vollautomatisch und erfordern keine regelmäßigen Wartungsarbeiten.
Es ist kein Kraftstofftank, keine Ascheentfernung und keine Schornsteinreinigung erforderlich.
3. Sicherheit für die Zukunft
Die Wahl eines Heizungssystems ist seit vielen Jahren eine Entscheidung. Wärmepumpen sind die modernste heute verfügbare Heiztechnik.
   Wärmepumpen ersetzen heute nicht nur Heizsysteme durch Holz, Flüssigbrennstoff oder Kohle, sondern immer häufiger Systeme, die Erdgas verwenden.
Hinzu kommt die Frage: Können wir uns die Kosten für das Heizsystem in 20 Jahren leisten?
Mit jedem Anstieg der Preise für fossile Brennstoffe werden die Heizkosten mit Wärmepumpen im Vergleich zum Heizen mit Gas, flüssigen Brennstoffen oder Pellets vorteilhafter.
Unabhängig von der Erhöhung des Strompreises mit einer 3/4 Wärmepumpe ist und bleibt der Energieverbrauch frei.
4. Sicherer Betrieb
Wärmepumpen erzeugen Wärme über einen thermodynamischen Kreislauf, ohne Kraftstoff zu verbrennen.
Dies reduziert das Unfallrisiko erheblich! Darüber hinaus arbeiten Wärmepumpen mit nicht brennbaren Kältemitteln.
5. Ideal sowohl für Neubauten als auch für die Sanierung bestehender Gebäude
Wärmepumpen können zum Heizen und Kühlen von Neubauten und Niedrigenergiegebäuden verwendet werden (wo die meisten konventionellen Systeme nicht verfügbar sind oder aufgrund geringer Wärmeleistung technisch oder wirtschaftlich nicht bequem zu implementieren sind).
Auch wenn es bereits ein modernes Heizsystem gibt, das fossile Brennstoffe verwendet und eine Kostenreduzierung gewünscht wird, können Wärmepumpen als zusätzliche Heizsysteme eingesetzt werden (zweiwertiger Betrieb).
Wärmepumpen - Energie ohne Schadstoffe
6. Mehrere Funktionen
Wärmepumpen können während der kalten Jahreszeit heizen, während der heißen Jahreszeit kühlen (mit geringfügigen Änderungen) und das ganze Jahr über Warmwasser.
7. Ökologisch
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Beheizung von Haushalten und Büros ist heute eine der größten Quellen der CO2-Produktion. Wärmepumpen erzeugen Wärmeenergie ohne Schadstoffe mit Energie aus der Umwelt.

 WIE FUNKTIONIERT EINE WÄRMEPUMPE?

Bedienung eines Wärmepumpen - ein einfaches Prinzip mit außergewöhnlichen Ergebnissen
   Unabhängig von ihrem Typ können diese Wärmepumpen als Geräte angesehen werden, die die Temperatur einer Arbeitsumgebung mit einer bestimmten Energiemenge erhöhen.Wärmepumpen - Betrieb zusätzlich, um nützliche Energie zu erzeugen.
   Der Betrieb einer Wärmepumpe ist im Grunde der gleiche wie der eines Geräts, das wir jeden Tag benutzen: des Kühlschranks.
   Dieselbe Technik, nur bei umgekehrter Verwendung; Im Falle des Kühlschranks nimmt das Kühlmittel die Wärme aus den Lebensmitteln auf und gibt sie an die Umwelt ab. Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung (Boden, Wasser oder Luft) Wärme und überträgt sie in Form von Wärmeenergie an das Heizsystem.

 1. Der Verdampfer - Wärme aus der Umwelt (Boden, Wasser, Luft)Wärmepumpen - Verdampfer
   Im Verdampfer befindet sich ein flüssiges Arbeitsmittel bei niedrigem Druck (Kältemittel). Dies ist eine Substanz mit niedrigem Siedepunkt. Die Quellentemperatur (Boden, Wasser oder Luft) ist höher als die dem Kältemitteldruck entsprechende Siedetemperatur. Dieser Temperaturunterschied führt zur Übertragung von Wärme von der Umgebung auf das Arbeitsmittel und es kocht und verdampft. Die zum Verdampfen benötigte Wärme kommt von der externen Wärmequelle (Boden, Wasser, Luft).

2. Der Kompressor - Temperaturanstieg
   Die aus dem Arbeitsmittel entstehenden Dämpfe werden vom Verdichter kontinuierlich aus dem Verdampfer abgesaugt. Das Kältemittel wird komprimiert, bis es die Temperatur erreicht, die zum Erhitzen und Aufbereiten von Warmwasser erforderlich ist.
   Der Kompressionsprozess ist wesentlich für den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe.
   Konforme Scroll-Kompressoren werden für die gesamte Palette von Wärmepumpen verwendet. Sie bestehen aus zwei Spiralen (eine feste und eine bewegliche), die das Arbeitsmittel kontinuierlich komprimieren.
Nachgiebige Kompressoren sind vollständig luftdicht, haben eine viel längere Lebensdauer und sind leiser als das Kolbenmodell, das in der Vergangenheit für Wärmepumpen verwendet wurde.

3. Der Kondensator
- Wärmeübertragung zum Heizsystem Die Dämpfe des Arbeitsmittels (Kältemittels) gelangen zum Kondensator der Wärmepumpe, der von Wärme umgeben ist. Die Temperatur des Heizmediums ist niedriger als die Kondensationstemperatur des Arbeitsmittels, so dass die Dämpfe abkühlen und kondensieren.
   Die vom Verdampfer aufgenommene Energie (Wärme) zuzüglich der während des Kompressionsprozesses (im Kompressor) erzeugten Wärme wird im Kondensator freigesetzt und in Form von zum Heizen nützlicher Energie auf das thermische Mittel übertragen.

4. Expansionsventil - Der Stromkreis schließt
   Das Arbeitsmittel wird dann durch ein Expansionsventil zum Verdampfer zurückgeführt. Somit ändert sich das Arbeitsmittel vom hohen Druck des Kondensators zum niedrigen Druck des Verdampfers. Am Eingang zum Verdampfer werden die Anfangswerte von Druck und Temperatur erreicht. Der Stromkreis ist somit geschlossen.

 WÄRMEPUMPEN - HAUPTKOMPONENTE
 Woher bekommen wir die Wärme?

Boden, Wasser und Luft sind Elemente, die in unbegrenzten Mengen als Quelle für eine Wärmepumpe zur Verfügung stehen.
In jedem Fall hängt die vorteilhafteste Energiequelle davon abWärmepumpen - Wärmequellen die örtlichen Gegebenheiten, die Lage des Gebäudes und seinen Wärmebedarf.
Für ihren praktischen Einsatz müssen Energiequellen verschiedene Bedingungen erfüllen:

  • Verfügbarkeit in ausreichender Menge
  • Speicherkapazität so hoch wie möglich
  • Temperaturniveau so hoch wie möglich
  • ausreichende Regeneration
  • wirtschaftliche Aufnahme

Der Boden

Wärmepumpen - TemperaturschwankungenDer Boden hat die Eigenschaft, dass er Sonnenenergie über einen längeren Zeitraum akkumulieren und aufrechterhalten kann, was das ganze Jahr über zu einem annähernd konstanten Temperaturniveau und damit zu einem Betrieb von Wärmepumpen mit einem hohen Leistungskoeffizienten führt.
Die Bodentemperatur liegt ein Jahr lang zwischen 7 und 13 ° C (in einer Tiefe von 2 m).
Die der Umgebung entnommene Wärme wird über ein Gemisch aus Wasser-Frostschutzmittel (Salzwasser) an den Verdampfer der Grundwasserwärmepumpe übertragen; Der Gefrierpunkt dieser Lösung liegt bei -15 ° C.
Die im Boden angesammelte Wärme wird von horizontal montierten Wärmetauschern - auch Bodenkollektoren genannt - oder von vertikal montierten Wärmetauschern - Erdungssonden - aufgenommen.

Im Boden platzierte Kollektoren - horizontale Kollektoren
   Die Wärme wird dem Boden mit Hilfe von Kunststoff-Polyethylen-Rohren entzogen, die auf einer großen Oberfläche im Boden montiert sind.Wärmepumpen - Kollektoren
   Die Rohre werden parallel im Boden in einer Tiefe von 1.2 bis 1.5 m und je nach Rohrdurchmesser in einem Abstand von ca. 0,3 bis 0,7 m, so dass auf jedem Quadratmeter des Einzugsgebietes ca. 1,43 bis 2 m Rohr.
   Die Wärmemenge, die genutzt werden kann, und damit die Größe der benötigten Oberfläche hängen sehr stark von der Bodenqualität ab. In Bezug auf diesen Aspekt sind die bestimmenden Mengen: vor allem die Wassermenge im Boden, die Mengen an Mineralbestandteilen und die Größe der mit Luft gefüllten Poren. Die Akkumulationskapazität und Wärmeleitfähigkeit sind umso höher, je mehr der Boden mit Wasser angefeuchtet wird und je mehr Mineralbestandteile vorhanden sind und je weniger Poren vorhanden sind.
   Die Werte der spezifischen Extraktionsleistung für den Boden liegen zwischen 10 und 35 W / m2.
   Bei Verwendung horizontaler Kollektoren sollten Pflanzen mit sehr tiefen Wurzeln nicht um die Röhren gepflanzt werden. Die Bodenregeneration erfolgt bereits ab der zweiten Hälfte der Heizperiode durch Sonneneinstrahlung und häufigeren Niederschlag. Daher muss sichergestellt werden, dass der "Batterie" -Boden für die nächste Saison wieder zum Heizen bereit ist.

Bodensonden
 Wärmepumpen - Bodensonden  Aufgrund der großen Landflächen, die für die Montage horizontaler Kollektoren erforderlich sind, ist es aus Platzgründen manchmal schwierig, das System zu bauen.
   Für kleine Landflächen sind Bodensonden eine Alternative zum horizontal im Boden platzierten Kollektor. Sie können in Tiefen von 50 bis 150 m eingeführt werden.
   Die Sonden bestehen üblicherweise aus Polyethylenröhrchen und üblicherweise sind vier parallele Röhrchen montiert (Doppelröhrensonde mit U-Profil).
   Das Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch fließt durch zwei Rohre auf das niedrigste Niveau und kehrt durch die beiden anderen zum Wärmepumpenverdampfer zurück. Dies entzieht dem Boden die Wärme über die gesamte Länge der Rohre. Die Zwischenräume zwischen den Rohren und dem Boden müssen mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit (Bentonit) gefüllt sein.
   Die Extraktionsleistung ist sehr unterschiedlich und liegt zwischen 20 und 100 W / m Sondenlänge.

Grundwasser
   Grundwasser ist auch eine gute Batterie für Solarenergie. Selbst in den kältesten Wintertagen hat es eine Temperatur zwischen 7 und 12 ° C.
   Grundwasser ist jedoch nicht in allen Gebieten in ausreichenden Mengen und in angemessener Qualität verfügbar.
   Um die Wärme zu nutzen, müssen zwei Brunnen hergestellt werden: ein Saug- und ein Absorptionsmittel (Ablassen); Zwischen ihnen muss ein Mindestabstand von 5 Metern eingehalten werden, und der Ort muss so gewählt werden, dass die Richtung des Wasserflusses vom Saugbrunnen zum absorbierenden ist.
   Wasser aus Seen und Flüssen ist auch als Wärmequelle vorgesehen, da es auch als Wärmespeicher fungiert.

Die Luft
   Luft ist die billigste Option als Quelle für eine Wärmepumpe.
Luftwärmepumpen - Wasser nutzt als Wärmequelle die Außenluft, die durch Luftkanäle von einem im Gerät eingebauten Ventilator zum Verdampfer geleitet wird, der der Luft Wärme entzieht.    

Restwärme
   Von den Quellen, die mit einer Wärmepumpe verwendet werden können, ist die Restwärme am effizientesten und gewährleistet die höchsten Leistungsparameter. Es hat jedoch den Nachteil einer sehr begrenzten Verfügbarkeit.

Wärmepumpen - NamenDer Name einer Wärmepumpe wird durch die Arbeitsumgebung im Primär- und Sekundärkreis angegeben.
Mit Primärkreis ist hier die Wärmequelle (Luft, Boden, Wasser) gemeint, und der Sekundärkreis ist die Heizungsanlage.
* Boden-Wasser-Wärmepumpen finden Sie auch unter dem Namen "Salzwasser-Wärmepumpen". Dieser Name stammt aus der Umgebung, die im Primärkreis (Quelle) für die Wärmeübertragung verwendet wird. Hierzu wird eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel (Tyfocor) verwendet, die auf Englisch "Sole" oder auf Deutsch "Sohle" genannt wird. Das Betriebsregime der Wärmepumpen wird bei Gebäuden an das im Gebäude vorhandene Heizsystem angepasst alt, für die Modernisierungen vorgenommen werden.
In diesem Fall muss die maximale Temperatur berücksichtigt werden, die die Wärmepumpen während des Durchflusses erreichen können (zwischen 55 und 65 ° C).
Bei Systemen, die bereits über diesem Temperaturniveau dimensioniert sind, können die Wärmepumpen nur mit einem anderen Wärmeerzeuger zusammenarbeiten. Für Neubauten können Sie das Wärmeverteilungssystem wählen. In diesem Fall wird ein Heizsystem mit einer maximalen Vorlauftemperatur von 35 ° C (Fußbodenheizung, Wände usw.) unter Berücksichtigung der höchsten jährlichen Außentemperaturparameter gewählt.
Wärmepumpen - Wärmequelle
Aus technischer Sicht lassen sich folgende Betriebszustände unterscheiden:

  • Einwertige Betriebsart - Die Wärmepumpe muss als einziger Wärmeerzeuger den gesamten Heizbedarf des Gebäudes sicherstellen.
  • Monoenergetischer Betriebsmodus - Die Wärmepumpe wird in Kombination mit einem anderen Heizsystem verwendet, das mit Strom betrieben wird.
  • Zweiwertige Betriebsart - Die Wärmepumpe wird in Kombination mit einer anderen Wärmequelle verwendet, die mit festem, flüssigem oder gasförmigem Brennstoff arbeitet.

Für die Bewertung einer Wärmepumpe oder eines Gesamtsystems mit Wärmepumpe sind die wichtigsten Faktoren der Leistungskoeffizient und der jährliche Leistungsfaktor.

Leistungskoeffizient und jährlicher Leistungsfaktor
Das Verhältnis zwischen der nutzbaren Wärmeenergie und der vom Kompressor aufgenommenen elektrischen Elektrizität wird als "Stromleistungsindex" oder "Leistungskoeffizient" bezeichnet.
Wärmepumpe - LeistungskoeffizientLeistungskoeffizient (COP) = vom Hersteller angegeben, Laborwert
Jährlicher Leistungsfaktor (FPA) = das Verhältnis zwischen der während eines Jahres entnommenen Wärme und dem in einem Jahr verbrauchten Gesamtenergie
Im Allgemeinen nimmt der Leistungskoeffizient zu, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Quelle und dem Heizsystem abnimmt.
Wärmepumpen - graphischer LeistungskoeffizientEmpirische Formel:

  • Die Erhöhung der Temperatur im Heizkreis mit einem Grad führt zu einer Verringerung des COP um 2.5%
  • Ein Anstieg der Quellentemperatur um ein Grad führt zu einem Anstieg des COP um 2.7%.
WÄRMEPUMPEN - NAMEN
WÄRMEPUMPEN - BETRIEBSREGIMEN
WÄRMEPUMPEN - LEISTUNGSFAKTOREN

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