Alles rund um die Wärmepumpe

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 Energieerzeugungslösungen analysieren wir in diesem Artikel die Wärmepumpe in all ihren Varianten.

Alle Bemühungen von Fachleuten, umweltfreundliche oder zumindest leicht umweltbelastende thermische Ressourcen zu finden und zu ihrer Massennutzung zum Heizen von Häusern überzugehen, lenkten die Aufmerksamkeit auf die Implementierung der Wärmeübertragung und das Aufkommen der immer bekannter werdenden Wärmepumpe. Die Wärmepumpe ist aufgrund ihrer Effizienz und des Einsatzes weniger umweltbelastender 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 aktive Haus verwendet.

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. Es ist zwingend erforderlich, an eine feste Quelle anzuschließen, wenn möglich an das öffentliche Netz, wenn nicht, aufgrund des geringen Verbrauchs vorzugsweise an eine Photovoltaikanlage oder, warum nicht, an Windkraftanlagen, alternative Systeme usw. Die elektrische Quelle treibt den Kompressor an, 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, die zu einem erheblichen Teil im Kondensator freigesetzt und als nutzbare Heizenergie an den Wärmeträger abgegeben wird. Das Transfermittel wird dann meistens über ein Expansionsventil zum Verdampfer zurückgeführt. Das Kältemittel gelangt somit vom Hochdruck des Verflüssigers zum Niederdruck des Verdampfers. Mit dem Eintritt in den Vaporizer werden hier die zu Beginn des Prozesses gefundenen Werte wieder 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 mit angeschlossenem Wärmepumpensystem. Die Verdampferspule befindet sich im Inneren und befindet sich normalerweise in dem Fach, das zum Gefrieren verwendet wird. Die Wärme wird vom Gefrierschrank aufgenommen und nach außen geleitet, normalerweise hinter oder unter dem Gerät, in dem sich die Kondensatorschlange befindet. Ähnlich funktioniert eine Klimaanlage, die die Wärme von innen nach außen transportiert. Wir haben das Wärmepumpensystem also seit einiger Zeit in unseren Häusern, aber es wurde nicht in beide Richtungen genutzt.

Die Wärmepumpe kann ohne Vorhandensein oder Unterstützung anderer Wärmequellen verwendet 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.

Die Wärmepumpe verfügt über einen vollständig reversiblen Kreislauf und kann das Raumklima zum Heizen im Winter und Kühlen oder Entfeuchten, falls erforderlich, im Sommer steuern. Da das Erdreich oder die Außenluft immer Wärme enthalten, warum nicht eine Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen des Hauses verwenden? Eines der in der Wärmepumpe verwendeten Prinzipien ist, dass Luft bei einer Temperatur von -18 °C ungefähr 85 % der Energie enthält, die sie bei 21 °C enthält.

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.

Als Wärmequellen zum Heizen wurden eine Reihe von Quellen verwendet.

Luftwärmepumpe (entzieht der Außenluft Wärme)

• Luft-Luft-Wärmepumpe (überträgt die Wärmeenergie der Raumluft)
• Luft-Wasser-Wärmepumpe (überträgt Wärmeenergie an einen Wassertank)

Erdwärmepumpe (entzieht dem Erdreich oder ähnlichen Quellen Wärme)

• 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)

Erdwärmepumpe mit Wasser (überträgt Wärme an ein Wasserreservoir)

• 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 Boden der Wärmequelle verlegten Rohre und nimmt die Erdwärme über einen horizontalen oder vertikalen Wärmetauscher auf. Diese Wärme wird mit Hilfe eines Kompressors an das Heizsystem des Hauses abgegeben und zum Kondensator transportiert. Im Kondensator nimmt das Wasser des Wärmeübertragungssystems die im Verdampfer aufgenommene Wärme auf und wird dem Kompressor mit Energie zugeführt.

Je nach Platzierung der Kollektoren unterscheiden wir mehrere 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 aus gepumptem Grund- oder Oberflächenwasser wird zur Wärmeübertragung genutzt und durch den Kompressor zum Kondensator transportiert. Dort kommt das Boden-Wasser-Pumpsystem zum Einsatz. Diese sind am effizientesten bei der Nutzung von Wärme aus geothermischen Quellen mit Temperaturen über 8 Grad Celsius, aber auch am schwierigsten zu nutzen, sowohl aufgrund der Verfügbarkeit der Ressource als auch aufgrund der gesetzlichen Vorschriften für ihren Abbau. Eine besonders wichtige Rolle spielt die Wasser/Wasser-Wärmepumpe in der Industrie oder bei der maximalen Nutzung geothermischer Quellen. Abwasser oder Erdwärmewasser mit temp. Maximalwerte von 28-30ºC können erfolgreich ausgenutzt werden. Bei geothermischen Wässern kann die Quelle vervielfacht werden, indem mehrere PDCs in Kaskade verwendet 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 verwendet werden, indem Wasser aus Seen, Flüssen, Tunnelwasser, Dämmen (mit Temperaturen >8 ° C) genutzt wird. Das Wasser-Wasser-System wird auch als Open-Loop-Capture-System bezeichnet. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch den Verdampfer darf 0,8 m/s nicht überschreiten. Dieser Wärmepumpentyp kann den höchsten COP aller Typen erreichen, auf die wir uns beziehen. Ein solches Wasser-Wasser-System kann leicht einen COP=5 erreichen und sogar übertreffen, wenn es gut verarbeitet und richtig dimensioniert ist. Es kann auch beeindruckende Leistungen von Tausenden von kW liefern, auf einer einzelnen Einheit oder durch den Anschluss mehrerer kleinerer Leistungseinheiten. Allerdings ist sie zumindest in Europa bisher nicht die am weitesten verbreitete Wärmepumpe. Dafür gibt es mehrere Gründe: Die Wasserqualität muss praktisch der Trinkwasserqualität entsprechen; das aus den phreatischen Schichten entnommene Wasser muss wieder in den Boden verpresst werden (der Injektionsbrunnen muss sich mindestens 15 m flussabwärts von der Wasserströmung im Grundwasser befinden) für jede installierte thermische kW eine Mindestwassermenge von 160 Liter / Stunde erforderlich, d. h. 0,16 mc/Stunde (bei min. 8 °C), wobei der Durchfluss durch den Förderbrunnen jederzeit gewährleistet sein muss; In der EU gibt es sehr strenge Vorschriften für diese Art des Bohrens.

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 bei einer klassischen Heizung. Die Differenz ergibt sich aus einem Verbrauch von 1 kw elektrischer Leistung, die die Wärmepumpe transformiert oder 3 – 5 kw thermische Leistung 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 die Perspektive ihrer ständigen und prognostizierten Preissteigerung von Erdgas, Brennstoffen, Flüssigkeiten oder Strom.

In verschiedenen Programmen zur Förderung eines verantwortungsvollen Konsums wie „Casa Verde“ konnten Eigentümer, die ihre Häuser mit einem auf Wärmepumpen basierenden System ausstatteten, von einer staatlichen Förderung profitieren, zuletzt waren es 8000 Lei. Die mit der Installation oder Inbetriebnahme des Systems verbundenen Kosten sowie die Mehrwertsteuer, die Mehrwertsteuer dieser Kosten, waren ebenfalls abrechnungsfähig.

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 eine Leistung von etwa 50 kW erreichen. Je nach Bedarf und gewünschter zu beheizender Fläche kann ein Preis von ca. 280 Euro / Kw in Betracht gezogen werden.

Der Preis der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu den anderen Wärmepumpen durchschnittlich und liegt zwischen 1900 Euro für die kleinen 6-kW-Pumpen und kann 15.000 Euro für die 50-kW-Pumpen erreichen. Je nach Bedarf und gewünschter zu beheizender Fläche kann ein Preis von ca. 260 Euro / Kw in Betracht gezogen werden.

Der Preis der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist der niedrigste im Vergleich zu anderen Wärmepumpensystemen 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

Gemäß den europäischen Normen wird die Berechnung der erforderlichen Wärmelast auf den Quadratmeter Fläche [W/m²] bezogen, unter Berücksichtigung der maximalen Raumhöhe H=3m (typische Höhe der meisten Räume – in atypischen Fällen die notwendige Korrekturen werden vorgenommen).

Wenn beispielsweise ein Gebäude einen Wärmebedarf von 50 W/m² und eine zu beheizende Wohnfläche von 350 m² (H=3 m) hat, beträgt die Wärmeleistung der Wärmeanlage (unabhängig von ihrem Typ) 250 mpx50 W/m² = 12500W=12.5kW . (Die Höhe wird nur in atypischen Fällen angegeben).

Die richtige Dimensionierung einer Pumpe ist entscheidend für ihre Lebensdauer. Eine überdimensionierte Wärmepumpe ist nicht nur teurer, sondern hat auch ein falsches Betriebsregime mit häufigeren Starts und Stopps. Eine unterdimensionierte Wärmepumpe arbeitet länger und mit kleinen Pausen. Wenn es aber nicht anders geht, ist es jedoch vorzuziehen, die Pumpe (innerhalb gewisser Grenzen) zu unterdimensionieren, als sie zu überdimensionieren.

Für ein Haus mit 200 Quadratmetern Nutzfläche, bei dem eine Erd-Luft-Wärmepumpe mit 8-10 kW ausreicht, betragen die Gesamtkosten rund 60.000 Lei und variieren je nach gewählter Marke.

Aufgrund des relativ hohen Preises von Wärmepumpen ist es unwirtschaftlich, schlecht isolierte Räume zu beheizen, die hohe thermische Leistungen erfordern. Es ist besser, das Gebäude zu isolieren, als die Leistung der Heizquelle zu erhöhen. Bei der Bestimmung der Leistung einer reversiblen Wärmepumpe wird die Kühlleistung (EER) berücksichtigt. Die Kühlleistung ist immer größer als die Heizleistung.

So sind beispielsweise die Normen DIN 4701 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

Bei einem Gebäude mit sehr schlechter Wärmedämmung lohnt sich die Investition in eine Wärmepumpe nicht.

Heizkessel mit Wärmepumpe

Zusätzlich zu dem, was zuvor in diesem Artikel gesagt wurde, halten wir es für wichtig, Wärmepumpenkessel aufgrund des breiten Abdeckungspotenzials, das sie bieten, separat zu behandeln. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Luft-Luft-Wärmepumpe, wobei das erwärmte Wasser in einem Heizkessel gespeichert wird, der mit der Wärmepumpe einen gemeinsamen Körper bildet. Die Luft-Luft-Wärmepumpe hat ihre maximale Leistung bei einer Umgebungstemperatur von über 15 Grad Celsius, kann aber auch bei Temperaturen von -5 Grad Celsius arbeiten. Wenn der Ort, an dem der Kessel mit der Wärmepumpe installiert wird, richtig gewählt ist, in einem Raum, in dem sich auch ein Heizkraftwerk oder andere Geräte befinden, die Wärme erzeugen, vom Kühlschrank bis zu Servern usw., kann der optimale Betrieb dieser Kessel erfolgen mit Wärmepumpen den ganzen Winter über zu geringen Kosten gewährleistet. Die Boiler sind auch mit elektrischen Widerständen für Situationen ausgestattet, in denen eine schnelle Erwärmung des Wassers erforderlich ist. Eine weitere sinnvolle Option ist, dass der Abluftstrom dazu genutzt werden kann, die Luftfeuchtigkeit zu senken oder den Raum, in dem der Wärmepumpenkessel aufgestellt ist, um einige Grad zu kühlen.

Für diesen Artikel verwendete Quellen

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

KONTAKT – RUMÄNIEN

Str. Zorelelor, NEIN. 5, Postleitzahl – 410583, Oradea, Bihor, RUMÄNIEN, Tel. 0757010000

KONTAKT - NORDAMERIKA

TERMOCASA UNTERNEHMEN LTD
16113 WINDHAM ROAD, CALIFORNIA 92503 USA, TEL: 001 951 785 1085 E-Mail: office@termocasa.ro