Die Wärmepumpe stammt aus dem frühen zwanzigsten Jahrhundert mit der Erfindung des Kühlschranks. Auf der Grundlage des Betriebs der Wärmepumpe konkurrieren eine Reihe von Phänomenen und Gesetzen der Physik: Das zweite Prinzip der Thermodynamik: „Wärme kann niemals von einem Körper mit niedrigerer Temperatur zu einem Körper mit höherer Temperatur von selbst gelangen ”(Clausius 'Aussage) sowie die Entdeckung des Physikers Watt: Ein Druckgas gibt Wärme ab und umgekehrt, ein entspanntes - nimmt Wärme auf.

Warum interessieren wir uns für die Wärmepumpe?

Auf der ständigen Suche nach den besten Stromerzeugungslösungen analysieren wir in diesem Artikel Wärmepumpe in all ihren Varianten.

Alle Bemühungen von Spezialisten, umweltfreundliche oder zumindest in geringem Maße umweltschädliche thermische Ressourcen zu finden, und der Übergang zu ihrer Massenverwendung zum Heizen von Häusern haben die Aufmerksamkeit auf die Umsetzung der Wärmeübertragung und die Entstehung der zunehmend bekannten Wärmepumpe gelenkt. Die Wärmepumpe ist aufgrund ihres Wirkungsgrades sowie des Einsatzes weniger umweltschädlicher Ressourcen als andere Heiz- oder Kühlsysteme eine der bevorzugten Lösungen als alternatives Installationssystem für Projekte von Häusern oder Gebäuden mit einem Verbrauch von nahezu Null und je nach Situation wird im aktiven Haus verwendet.

Was es ist Wärmepumpe ?

Kurz gesagt können wir sagen, dass die Wärmepumpe Wärme von einer der Quellen anzieht und überträgt, für die sie ausgelegt ist (egal ob es sich um Erde, Wasser oder Luft handelt), und dass die Verwendung eines Kompressors genau nach dem Prinzip des Kühlschranks die Temperatur eines Kältemittels erhöht mit einem sehr niedrigen Siedepunkt (irgendwo bei etwa -2 ° C), wobei die Temperatur des durch das Heizsystem zirkulierenden Heizmediums unabhängig vom System auf die verwendeten statischen Körper (Heizkörper, Boden, Lüftung usw.) übertragen wird. Die Wärmepumpe zeichnet sich sehr einfach durch eine Arbeitsweise aus, die der von Kühlschränken mit Kompressor sehr nahe kommt: Ein Druckgas gibt Wärme ab und in der entgegengesetzten Richtung nimmt ein entspanntes Gas Wärme auf.

Wie die Wärmepumpe funktioniert

Die Wärmepumpe benötigt eine permanente Stromquelle. Es ist obligatorisch, eine permanente Quelle anzuschließen, wenn möglich an das öffentliche Netz, wenn nicht vorzuziehen, da ein System aus Photovoltaik-Solarmodulen nur wenig verbraucht wird oder warum nicht an Windkraftanlagen, alternative Systeme usw. Die elektrische Quelle versorgt den Kompressor, der das Kühlmittel komprimiert, um die Temperatur zu erreichen, die zum Heizen und zur Warmwasserbereitung verwendet wird. Wenn die Kühlmitteldämpfe den Kondensator in der Wärmepumpe erreichen, wird er von Wärme umgeben. Die Temperatur des thermischen Mittels ist im Dampfzustand niedriger als die Temperatur des Kühlmittels, so dass die Dämpfe abkühlen und kondensieren. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wärme vom Verdampfer aufgenommen, einschließlich der während des Kompressionsprozesses erzeugten Wärme, von der ein beträchtlicher Teil in den Kondensator freigesetzt und in Form von zum Erhitzen nützlicher Energie auf das thermische Mittel übertragen wird. Das Transfermittel wird dann häufig unter Verwendung eines Expansionsventils zum Verdampfer zurückgeführt. Das Kühlmittel ändert sich somit vom hohen Druck des Kondensators zum niedrigen Druck des Verdampfers. Mit dem Eintritt in den Verdampfer werden hier wieder Werte erreicht, die zu Beginn des Prozesses gefunden wurden und der Kreislauf schließt.

Kühlschränke sowie Klimaanlagen sind klassische Beispiele für Wärmepumpen, die bereits in Haushalten vorhanden sind und nur im Kühlmodus arbeiten. Ein Kühlschrank ist aus thermischer Sicht eigentlich nur eine gut isolierte Box, an die ein Wärmepumpensystem angeschlossen ist. Die Verdampferwendel befindet sich im Inneren und befindet sich normalerweise im Gefrierfach. Die Wärme wird vom Gefrierschrank absorbiert und nach außen geleitet, normalerweise hinter oder unter das Gerät, in dem sich die Kondensatorspule befindet. Eine Klimaanlage, die Wärme von der Innenseite eines Hauses nach außen überträgt, funktioniert fast ähnlich. Wir haben das Wärmepumpensystem also schon seit einiger Zeit in unseren Häusern, nur wurde es nicht in beide Richtungen verwendet.

Die Wärmepumpe kann ohne das Vorhandensein oder die Unterstützung anderer Wärmequellen verwendet werden.

Entsprechend dem Betriebskriterium finden wir Regime-Wärmepumpen

  • Einwertig: Die Wärmepumpe ist die einzige Heizquelle - sie verwendet Strom aus dem öffentlichen Netz oder anderen Quellen, um den Kompressor zu betreiben
  • Zweiwertig - parallel: Kann parallel zur Wärmepumpe und einer anderen Wärmequelle montiert und verwendet werden. Wenn die parallele Wärmequelle Elektrizität ist, wird das System als zweiwertig - parallel monoenergetisch bezeichnet.
  • Zweiwertig - Alternative: Die Wärmepumpe arbeitet abwechselnd mit einer anderen Wärmequelle.
  • Zweiwertig - teilweise - parallel: Die Wärmepumpe arbeitet parallel oder alternativ mit einer anderen Wärmequelle.

Die Wärmepumpe hat einen vollständig reversiblen Zyklus und kann die Kontrolle über das Innenraumklima beim Heizen im Winter und Kühlen oder Entfeuchten bei Bedarf im Sommer ermöglichen. Da der Boden oder die Außenluft immer Wärme enthält, können Sie das Haus mit einer Wärmepumpe heizen und kühlen. Eines der in der Wärmepumpe verwendeten Prinzipien ist, dass die Luft bei einer Temperatur von -18 ° C in ihrer Zusammensetzung etwa 85% der Energie enthält, die sie bei 21 ° C enthält.

Was sind die Arten von Wärmepumpen

Es gibt zwei Haupttypen von Wärmepumpen, die je nach verwendetem System benannt sind

  • Wärmepumpe mit Kompression, die immer mit mechanischer Energie durch elektrische Energie arbeitet
  • Absorptionswärmepumpe, die auch mit Wärme als Energiequelle (durch Strom oder Kraftstoff) betrieben werden kann.

Eine Anzahl von Quellen wurde als Wärmequellen zum Heizen verwendet.

Luftwärmepumpe (entzieht der Außenluft Wärme)

  • Luft-Luft-Wärmepumpe (überträgt die Wärmeenergie der Luft im Inneren)
  • Luft-Wasser-Wärmepumpe (überträgt Wärme an einen Wassertank)

Geothermische Wärmepumpe (entzieht dem Boden oder ähnlichen Quellen Wärme)

  • Geothermie-Luft-Wärmepumpe (überträgt Wärmeenergie an die Raumluft)
  • Boden-Luft-Wärmepumpe (der Boden ist eine Wärmequelle)
  • Rock-to-Air-Wärmepumpe (Rock ist eine Wärmequelle)
  • Wasser-Luft-Wärmepumpe (Wasser als Wärmequelle)

Geothermische Wasserwärmepumpe (überträgt Wärme an einen Wassertank)

  • Boden-Wasser-Wärmepumpe (Boden ist die Wärmequelle)
  • Stein-Wasser-Wärmepumpe (Stein ist die Wärmequelle)
  • Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Gewässer als Wärmequelle)

Wärmepumpen Grundwasser

Die als Glykol bezeichnete Frostschutzlösung zirkuliert durch den Kreislauf der im Boden der Wärmequelle vergrabenen Rohre und leitet die Erdwärme über einen horizontalen oder vertikalen Wärmetauscher ab. Diese Wärme wird aufgenommen, mittels eines Kompressors an das Heizsystem des Transfergehäuses übertragen und zum Kondensator transportiert. Im Kondensator nimmt das Wasser des Wärmeübertragungssystems die im Verdampfer aufgenommene Wärme auf und wird dem Kompressor mit Energie versorgt.

Je nach Lage der Kollektoren unterscheiden wir verschiedene Arten von Wärmepumpen mit Kollektoren:

- flach: Sie haben das System von Sammlern in verschiedenen Formen (U oder Spiralen) in einer durchschnittlichen Tiefe von 1-2 m vergraben. Es ist ein hocheffizientes Wirtschaftssystem, kann aber in keinem Boden vergraben werden und benötigt eine Fläche, die fast doppelt so groß ist wie die Wohnfläche.

- Tiefe: Diese Komponenten umfassen Bohrlöcher, die in einer Tiefe von 50 bis 100 m montiert sind und einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Die Installationskosten sind aufgrund der Bohrungen mit Preisen zwischen 100 und 300 Lei / Meter erheblich. Sie sind nur verwendbar, wenn der Boden dies zulässt.

- mit direkter Verdampfung: Sie haben zusätzlich zu den flachen einen speziellen Auffangkreislauf und sind daher effizienter oder können kleinere Räume einnehmen.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen

 

Wärme aus gepumptem Grundwasser oder Oberflächenwasser wird verwendet, um die vom Kompressor transportierte Wärme an den Kondensator zu übertragen. Dort wird das Sol-Apa-Wasserpumpensystem verwendet. Diese sind am effizientesten, wenn sie aus geothermischen Quellen mit Temperaturen über 8 Grad Celsius fallen, aber auch am schwierigsten zu nutzen, sowohl aufgrund der Verfügbarkeit der Ressource als auch aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen für ihre Ausgrabung. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe spielt eine sehr wichtige Rolle in der Industrie oder bei der maximalen Nutzung geothermischer Quellen. Abwasser oder geothermisches Wasser mit temp. Maximalwerte von 28-30 ºC können erfolgreich aktiviert werden. Bei geothermischen Gewässern kann die Quelle durch die Kaskadennutzung mehrerer PDCs multipliziert werden. Offensichtlich wird die Wasserqualität berücksichtigt, dieses Hindernis kann durch Verwendung geeigneter Wärmetauscher (Korrosionsschutz) vermieden werden.

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann auch verwendet werden, indem Wasser aus Seen, Flüssen, Tunnelgewässern und Dämmen (mit Temperaturen> 8 ° C) genutzt wird. 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 von uns genannten Typen erreichen. Ein solches Wasser-Wasser-System kann leicht einen COP = 5 erreichen und es kann es sogar übertreffen, wenn es gut gemacht und richtig dimensioniert ist. Es kann auch eine beeindruckende Leistung liefern, die Tausende von kW erreicht, an einer einzelnen Einheit oder durch Koppeln mehrerer Einheiten mit geringerer Leistung. Zumindest in Europa ist es jedoch bis heute nicht die häufigste Wärmepumpe. Die Gründe sind vielfältig: Die Wasserqualität muss praktisch der Trinkwasserqualität entsprechen. Das aus den Grundwasserschichten entnommene Wasser muss erneut in den Boden injiziert werden (der Injektionsbrunnen muss mindestens 15 m stromabwärts von der Richtung des Wasserflusses im Grundwasser liegen). Für jede kW thermischer Installation ist ein Mindestvolumen von 160 Litern / Stunde erforderlich dh 0.16 m8 / h (bei mindestens XNUMX ºC) muss der Durchfluss jederzeit durch die Extraktionsbohrung sichergestellt werden; In der EU gibt es sehr strenge Vorschriften für diese Art von Bohrungen.

Luft-Wasser-Wärmepumpen

 

Die Wärme der mit einem Ventilator versorgten Außenluft oder die Luft aus dem Lüftungssystem wird vom Verdampfer zum Wärmeübertragungsmedium und dann vom Kompressor zum Kondensator transportiert. Dieses Wärmeübertragungssystem besteht aus einem Flüssigkeitskreislauf, der zum Heizen des Hauses und / oder zur Erzeugung von Warmwasser verwendet wird. Diese Systeme sind ineffizient. In ihrer aktuellen Version haben Wasser-Wasser-Wärmepumpen den niedrigsten Wirkungsgrad, sodass die Kosten niedriger sind. Diese Pumpen können bei Temperaturen unter 15 Grad Celsius nicht monovalent arbeiten.

Luft-Luft-Wärmepumpen

Die Wärme der mit einem Ventilator versorgten Außenluft oder die Luft des Lüftungssystems wird vom Verdampfer an das Wärmeübertragungsmedium abgegeben und vom Kompressor zum Kondensator transportiert. Das Wärmeübertragungssystem besteht aus einem System von Luftkanälen oder speziellen Vorrichtungen, die zum Heizen des Gebäudes verwendet werden. Sie werden in seltenen Fällen in Heizungssystemen aufgrund des geringen Wirkungsgrads des Lufterhitzers verwendet (die als "Klimaanlage" bezeichneten Systeme sind tatsächlich Luft-Luft-Wärmepumpen und ihr COP liegt unter 3).

Wärmepumpen mit Ultraflex-Wärmetauschern

Das Ultraflex-System verfügt nicht mehr über einen Zwischenaustauscher wie die meisten Wärmepumpen auf dem Markt, weshalb das System im Vergleich zu anderen Wärmepumpen einen sehr hohen COP, eine viel höhere Zuverlässigkeit und sehr lange Betriebs- und Garantiezeiten aufweist. und ihr Kaufpreis ist sehr attraktiv. Es weist jedoch eine extrem große Leistungsschwankung auf (solche Systeme sind derzeit nicht in Bezug auf die Leistung beschränkt und bieten eine beispiellose Leistung).

  • die Größe des zu beheizenden Objektivs (lebende und beheizte Oberfläche, durchschnittliche Höhe der Räume). Verfügbarer (nicht gebauter) Raum um das Objektiv.
  • das geografische Gebiet, in dem sich das Ziel befindet;
  • die Möglichkeiten der Installation anderer Heizsysteme (Gas, Flüssigbrennstoff, Flüssiggas usw.);
  • die Möglichkeiten vor Ort der Kapitalisierung der „kalten Quelle“ (Wasser, Luft, Boden); das Vorhandensein anderer Heizquellen (zur Festlegung des Betriebszustands der Wärmepumpe)
  • Stromversorgungsbedingungen (ein- oder dreiphasiges Netz, maximal zulässige elektrische Leistung am elektrischen Anschluss).

Was kostet die Wärmepumpe?

Zweifellos sind die Kosten für die Verwendung eines Heizsystems mit einer Wärmepumpe weitaus niedriger als die eines herkömmlichen Heizsystems. Der Unterschied ergibt sich aus einem Verbrauch von 1 kW elektrischer Energie, die zur Wärmepumpe umgewandelt wird oder 3-5 kW Wärmeleistung erzeugen kann. Ein sehr gutes Verhältnis im Vergleich zu anderen klassischen Lösungen. Die an der Wärmepumpe beobachtete Energieeffizienz wird vom COP angegeben und ist definiert als das Verhältnis zwischen der dem Kondensator entzogenen Wärmemenge und dem vom Kompressor verbrauchten Strom. Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes im Vergleich zur Wärmepumpe, aber auch unter Berücksichtigung des Benutzerkomforts, können wir sagen, dass die beim Erhitzen mit festen Brennstoffen verbleibenden Rückstände weder vernachlässigbar sind noch die Aussicht auf einen konstanten und prognostizierten Anstieg der Erdgaspreise. Flüssigkeiten oder Elektrizität.

In verschiedenen Programmen zur Förderung eines verantwortungsvollen Verbrauchs wie "Green House" konnten die Eigentümer, die ihre Häuser mit einem auf der Wärmepumpe basierenden System ausstatteten, von staatlichen Mitteln profitieren, das letzte Mal waren es 8000 Lei. Die Kosten für die Montage oder Inbetriebnahme des Systems waren ebenfalls abrechnungsfähig, ebenso wie die Mehrwertsteuer, die Mehrwertsteuer dieser Kosten.

Der Preis für die Wärmepumpe vom Typ Sol-Aer variiert zwischen 2400 Euro bei einer Leistung von ca. 7,5 kW und kann bei einer Leistung von ca. 12.000 kW bis zu 50 Euro betragen. Je nach Bedarf und zu beheizender Oberfläche kann ein Preis von ca. 280 Euro / kW angenommen werden.

Der Preis der Apa-Apa-Wärmepumpe ist im Vergleich zu den anderen Wärmepumpen durchschnittlich und liegt zwischen 1900 Euro für die kleinen mit 6 kW und kann 15.000 Euro für die 50 kW erreichen. Je nach Bedarf und zu beheizender Oberfläche kann ein Preis von ca. 260 Euro / kW angenommen werden.

Der Preis der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu anderen Wärmepumpensystemen der niedrigste und variiert zwischen 2100 Euro / 6 kW und kann für 9000 kW 35 Euro erreichen. Je nach Bedarf und zu beheizender Oberfläche kann ein Preis von ca. 240 Euro / kW angenommen werden.

Andere wichtige Bemerkungen

Gemäß den europäischen Normen bezieht sich die Berechnung der erforderlichen thermischen Belastung auf den Quadratmeter Fläche [W / m²] unter Berücksichtigung der maximalen Raumhöhe H = 3 m (typische Höhe der meisten Räume - In atypischen Fällen werden die erforderlichen Korrekturen vorgenommen).

Wenn ein Gebäude beispielsweise einen thermischen Bedarf von 50 W / m² hat und eine Wohnfläche um 350 m 3 (H = 250 m) beheizt werden muss, beträgt die Wärmeleistung des Wärmekraftwerks (unabhängig von seinem Typ) 50 mpx 12500 W / m² = 12.5 W = XNUMX kW . (Höhe wird nur in atypischen Fällen angegeben)

Die richtige Dimensionierung einer Pumpe ist für ihre Lebensdauer von entscheidender Bedeutung. Eine übergroße Wärmepumpe ist nicht nur teurer, sondern weist auch ein falsches Betriebsregime mit häufigeren Starts und Stopps auf. Eine untergroße Wärmepumpe arbeitet eher mit kurzen Pausen. Wenn es keine Alternative gibt, ist es jedoch vorzuziehen, die Pumpe (innerhalb bestimmter Grenzen) zu verkleinern als zu überdimensionieren.

Für ein Haus mit einer Nutzfläche von 200 m², in dem eine Erdluftwärmepumpe von 8 bis 10 kW ausreicht, betragen die Gesamtkosten etwa 60.000 Lei und unterscheiden sich je nach gewählter Marke.

Aufgrund des relativ hohen Preises für Wärmepumpen ist es unwirtschaftlich, schlecht isolierte Räume zu heizen, die eine hohe Wärmeleistung erfordern. Es ist besser, das Gebäude zu isolieren, als die Leistung der Heizquelle zu erhöhen. Die Kühlleistung (EER) wird bei der Ermittlung der Leistung einer reversiblen Wärmepumpe berücksichtigt. Die Kühlleistung ist immer höher als die Heizleistung.

So sind die Normen der DIN 4701 über die Bedingungen, die beheizte Gebäude in Deutschland erfüllen müssen, in ihrer Entwicklung:

  • 45-60 W / m² Neubau (Verordnung seit 2002)
  • 50-60 W / m² Neubau (Verordnung seit 1995)
  • 70-90 W / m² Konstruktionen vor 1995
  • 120 W / m² alte Konstruktionen ohne Vorschriften

Bei einem Gebäude mit sehr schlechter Wärmedämmung ist die Investition in eine Wärmepumpe nicht rentabel.

Wärmepumpenkessel

Zusätzlich zu den zuvor in diesem Artikel erwähnten halten wir es für wichtig, Wärmepumpenkessel aufgrund des breiten Abdeckungspotenzials, das sie bieten, separat zu behandeln. Sie arbeiten nach dem Prinzip von Luft-Luft-Wärmepumpen, wobei das erwärmte Wasser in einem Kessel gespeichert wird, der mit der Wärmepumpe einen gemeinsamen Körper bildet. Die Luft-Luft-Wärmepumpe hat maximale Leistung, wenn die Umgebungstemperatur über 15 Grad Celsius liegt, kann aber auch bei Temperaturen von -5 Grad Celsius betrieben werden. Wenn Sie den richtigen Ort für die Montage des Kessels mit Wärmepumpe in einem Raum mit Zentralheizung oder anderen Geräten wählen, die Wärme erzeugen, vom Kühlschrank bis zu Servern usw., können Sie den optimalen Betrieb dieser Kessel sicherstellen mit Wärmepumpen im Winter zu geringen Kosten. Die Kessel sind auch mit elektrischen Heizungen für Situationen ausgestattet, in denen eine schnelle Erwärmung des Wassers erforderlich ist. Eine weitere nützliche Option ist die Tatsache, dass der erzwungene Luftstrom verwendet werden kann, um die Luftfeuchtigkeit zu verringern oder den Raum zu kühlen, in dem der Kessel mit der Wärmepumpe installiert ist.

Für diesen Artikel verwendete Quellen

  1. Remus Răduleț et al. Rumänisches Technisches Lexikon, Bukarest: Technischer Verlag, 1957-1966.
  2. Das System- und Ausrüstungsvolumen des ASHRAE-Handbuchs, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA, 2004
  3. Grundlagen der technischen Thermodynamik, von Howell und Buckius, McGraw-Hill, New York
  4. Wärmepumpe - vollständige Details

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