- Wärmepumpen werden z.B. nach dessen Einsatz eingeteilt:
- Heizung, Kühlung, Warmwasserbereitung, Wohnraumlüftung, Entfeuchtung, und Wärmerückgewinnung.
- Nach der Wärmequelle:
- Erdwärme, Grundwasser, Außenluft, Abluft etc.
- Nach dem Medium Wärmequelle/Wärmenutzungsanlage:
- Sole/Wasser, Wasser/Wasser, Direktverdampfung/Wasser, Luft/Wasser, Luft/Luft
- Nach der Bauart:
- Kompakt, Split Aufstellungsort (innen, außen) Kompressions-Wärmepumpe,
- Absorptions-Wärmepumpe
Als Wärmepumpe bezeichnet man eine Kälteanlage dann, wenn sie vorrangig zur Nutzung der am Kondensator anfallenden Wärmeenergie betrieben wird. Bei den üblichen Leistungsziffern von Kompressions-Wärmepumpen um εK = 3 bis 4 kann man beispielsweise mit dem Einsatz von 1 kWh elektrischer Antriebsenergie eine Wärmemenge von 3 bis 4 kWh nutzbar machen, wenn man einem Medium durch Kühlung gleichzeitig eine Wärmemenge von 2 bis 3 kWh entzieht.
Mit Wärmepumpen kann man verhältnismäßig kalte Wärmequellen wie Grundwasser,Erdreich oder Außenluft für Heizzwecke nutzen. Weil die Leistungsziffern bei Erhöhung der Heizwassertemperaturen abnehmen, kommen aus wirtschaftlichen Erwägungen Niedertemperatur-Heizungssysteme mit Heizwasser-Vorlauftemperaturen um ca. +50°C zum Einsatz. Um zu vermeiden, dass die im Außenluftwärmetauscher zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit im Winter einfriert, wird ihr ein Frostschutzmittel beigefügt (meistens 30% Äthylenglycol).
Heizungs-Wärmepumpe Sole/Wasser, Wasser/Wasser Heizungs-Wärmepumpen
Sole/Wasser, sowie Wasser/Wasser- Wärmepumpen werden zur monovalenten Heizung (hauptsächlich Erdwärme) sowie für Kühlung, Wärmerückgewinnung und Warmwasserbereitung zur Anwendung gebracht.Im Kältekreis kommt in der Regel ein vollhermetischer Verdichter mit einem internem Überlastungsschutz, und einem Edelstahl-Plattenwämetauscher als Verdampfer und Kondensator zum Einsatz.Der Kältekreislauf sollte gegen Wärmeabgabe und gegen Schwitzwasserbildung isoliert sein. Die Heizungsregelung sollte witterungsgeführt und lastabhängig geschaltet sein.
Als Sicherheitseinrichtungen kommen Motorschutzrelais, Hoch- und Niederdruckpressostat, Frostschutzthermostat und Strömungswächter zum Einsatz. Bei Großanlagen wird als Wärmequelle Wasser empfohlen. Heizungs-Wärmepumpe Direktverdampfung/Wasser (Erdreich/Wasser), und Direkterwärmung/WasserHeizungs-Wärmepumpen System Direktverdampfung/Wasser kommen zur monovalenten Heizung (mit der Wärmequelle Erdwärme, Stall-Luft) und zur Warmwasserbereitung zur Anwendung. Diese meist Kompakten Geräte sind bei Verwendung von unbrennbaren Sicherheitsarbeitsmitteln unbeschränkt für Innenaufstellung geeignet. (vgl. DIN 8901). Im Kältekreis kommt in der Regel ein vollhermetischer Verdichter mit einem internem Überlastungsschutz, und einem Edelstahl-Plattenwämetauscher als Kondensator zum Einsatz. Der Kältekreislauf ist gegen Wärmeverluste und gegen Schwitzwasserbildung zu isolieren .
Der Kältemittel-Sammler muss den Anforderungen entsprechend dimensioniert sein.Die Heizungsregelung sollte witterungsgeführt und lastabhängig geschaltet werden. Als Sicherheitseinrichtungen kommen Motorschutzrelais, Hoch- und Niederdruckpressostat zum Einsatz. Sowie Magnetventile, die im Falle einer Kollektorbeschädigung automatisch schließen und somit verhindern, dass Kältemittel von der Wärmepumpe in das Erdreich gelangt.
Heizungs Wärmepumpe Direktverdampfung/Direktkondensation
Bei diesem System erfolgt eine Direktverdampfung und die Wärmeabgabe direkt durch das Arbeitsmittel z.B.: Fußbodenheizung. Der Kondensator besteht ebenso wie der Verdampfer aus nahtlosen, kunststoffgeschützten Kupferrohren. Die Kondensationswärme wird direkt und auf konstantem Temperaturniveau abgegeben. Eine Einzelraumregelung oder eine Zonenregelung ist möglich.
Auf die Wandstärke und die Qualität der Kupferrohre sowie der Anlagentechnik ist zu achten.Heizungs-Wärmepumpe Luft/Wasser (Split)Heizungs-Wärmepumpen Systeme Luft/Wasser kommen meist zur monoenergetischen Heizung sowie für Kühlung, Wärmerückgewinnung und Warmwasserbereitung zur Anwendung. Besonders geeignet zur Nachrüstung und Sanierung.
Ein Split-Innenteil enthält alle wesentlichen Komponenten und ist, geschützt vor Witterung und Frost, im Haus aufgestellt (Innenaufstellung) . Der Split-Außenteil ist über Kältemittelleitungen mit dem Innenteil verbunden. Durch den Wegfall von Luftkanälen sind geräuscharme Lüfter mit geringem Leistungsbedarf nötig. Kältesystem Split-Innenteil:Bestehen in der Regel oft aus vollhermetischer Kompressoren, aus Edelstahl-Platten-Wärmetauscher für den Kondensator. Expansionsventil, Außentemperatur abhängige Abtauvorrichtung vorzugsweise mittels Heißgas über Kältekreis-Umkehr (4-Wege-Ventil). Der Kältekreislauf muss gegen Wärmeverlust und gegen Schwitzwasserbildung isoliert sein.
Konstruktionen mit Teilstrom-Dampfeinspritzkühlung sind bis zu 65 °C Vorlauftemperatur geeignet. (Split-Verdampfer):Verdampfer aus Kupferrohren mit Aluminium-Lamellen und einem geräuscharmen Axiallüfter. Split-Anlagen erlauben die Verwendung größerer , leistungsfähigere Verdampfer und langsam laufender, geräuscharmer Lüfter. Die Richtlinien des Herstellers in Bezug auf die Anbindung sind zu beachten. Die Heizungsregelung sollte witterungsgeführt und lastabhängig geschaltet werden. Die Heizkurve sowie die diversen Programme und Funktionen sind in der Abhängigkeit der Einbausituation einzustellen. Für die Abtauung ist meist eine elektronische Abtausteuerung vorgesehen, welche in der Regel bedarfs- gesteuert ist.
Zu den Sicherheitseinrichtungen gehören Motorschutzrelais, Hoch- und Niederdruckpressostat und der Minimalthermostat für den Abtaubetrieb.Weitere Eigenschaften sind die Temperaturanzeige für den Wärmepumpenvorlauf, Betriebsschalter mit Kontroll-Leuchte, Betriebsstundenzähler, Diagnose-Anzeige für Hochdruck, Niederdruck, Motorschutz u.a., Resettaste. Bei der Ausführungen für 65 °C Vorlauftemperaturen mit der Wärmequelle Außenluft kann eine Heizungs-Vorlauftemperatur von 65 °C erreicht werden, dazu ist eine spezielle Kältetechnik ohne zweistufige Verdichtung erforderlich. Speziell bei hohem Temperaturhub (Außentemperaturen von ca. -15 °C) würden konventionelle Wärmepumpen Kältekreise außerhalb der zulässigen Einsatzgrenzen arbeiten. Durch den Kreisprozess mit Teilstrom-Dampfeinspritzung wird nicht nur der Einsatzbereich erweitert, sondern auch die Leistungsziffer verbessert.
Heizungs-Wämepumpe Luft/Wasser (Kompaktgerät, Innenaufstellung)
Heizungs-Wärmepumpen System Luft/Wasser kommen meist zur monoenergetischen Heizung, für Kühlung, Wärmerückgewinnung und Warmwasserbereitung zur Anwendung.In jedem Fall sind chlorfreie Arbeitsmittel zu verwenden.
Bei Sicherheitsarbeitsmitteln (R 407C, R 404A, R 410A, R 134a etc.) kann die Aufstellung beliebig erfolgen. Die Heizungsregelung sollte witterungsgeführt und lastabhängig geschaltet sein. die Heizkurve ist individuell einzustellen. Für die Abtauung ist eine entsprechende Abtausteuerung vorgesehen. Eine Bedarfsgesteuerte Abtauung erhöht die Leistungszahl. Zu den Sicherheitseinrichtungen gehören Motorschutzrelais, Hoch- und Niederdruckpressostat, Minimalthermostat für Abtaubetrieb. Ausführungen für 65 °C
Soll mit der Wärmequelle Außenluft eine Heizungs-Vorlauftemperatur von 65 °C erreicht werden, ist eine spezielle Kältetechnik ohne zweistufige Verdichtung erforderlich. Speziell bei hohem Temperaturhub (Außentemperaturen von ca. -15 °C) würden konventionelle Wärmepumpen Kältekreise außerhalb der zulässigen Einsatzgrenzen arbeiten. Durch den Kreisprozess mit Teilstrom-Dampfeinspritzung wird nicht nur der Einsatzbereich erweitert, sondern auch die Leistungskennzahl verbessert.
Heizungs-Wärmepumpe Luft/Wasser (Kompaktgerät, Außenaufstellung) Geräte für Außenaufstellung können an jedem Ort im Freien aufgestellt werden, es ist jedoch der Schallschutz der Wärmepumpe zu Nachbargrundstücken zu beachten. Alle Bauteile des Wärmepumpen Kältekreises sind in einem Kompaktgeräten integriert, daher werden keine Luftkanäle benötig. Das Gehäuse ist witterungsbeständig ausgeführt. Der Anschluss an die Heizung im Haus wird mit zwei wärmeisolierten Rohren für Vor- und Rücklauf hergestellt. Diese werden im Erdreich verlegt, ebenso wie die Stromversorgung und die Steuerleitung für die Wärmepumpe. Die Geräuschentwicklung ist abhängig insbesondere von der Dimensionierung, Bauart und Drehzahl der Lüfter. Große, langsamtourige Lüfter arbeiten geräuscharm, Schallhauben reduzieren die Emission weiter.
Aufstellungsrichtlinien der Hersteller sind zu beachten. Die Abtauvorrichtung sind für den Betrieb bis ca. -16 °C in der Regel durch Heissgasumkehr geeignet. Bei Multifunktionsgeräten handelt es sich um Kompaktgeräte meist als Abluftwärmepumpen mit meist 300-Liter-Warmwasserspeichern. Alle Komponenten wie Kompressor, Kondensator, Verdampfer und Steuerung sind im Gerät.Der Wärmepumpen Kältekreis besteht meist aus einem Vollhermetischer Verdichter, Lamellenverdampfer, Radiallüfter (alternativ Axiallüfter). Die Luftansaug- und Ausblasöffnungen können an unterschiedlichen Stellen liegen. Luftkanäle bis 20 m können angeschlossen werden (bei Radiallüfter). Der Kondensator ist im Behälter, außenliegend oder als Plattenwärmetauscher mit Ladepumpe angeordnet. Optional gibt es Geräte mit einer Heißgasabtauung für Einsatz bei jeder Außentemperatur. Konstruktionen mit speziellen Rollkolbenverdichtern sind für Warmwassertemperaturen bis 65 °C im Wärmepumpenbetrieb geeignet. Damit werden auch die Legionellenprobleme ohne Zuschalten eines E-Heizstabes gelöst.Die Elektronik besteht aus einer vollautomatischen Abtausteuerung, ein frei programmierbares Aufheizprogramme für Wärmepumpen, einem Elektro-Zusatzheizstab und Register, einer Legionellenschaltung für thermische Wasserbehandlung.
Viele Geräte besitzen Zusatzheizstäbe für einen höheren Warmwasserbedarf, zur Reserve oder zur Erreichung höherer Warmwassertemperaturen.Bei Split-Warmwasser-Wärmepumpen werden externe Warmwasserspeicher verwendet. Deshalb können vorhandene Speicher unabhängig der Bauart und Größe verwendet werden (Vorteil: wählbares Speichervolumen).
Warmwasser-Wärmepumpe Erdreich/Wasser
Es gibt Geräte, die nach dem Prinzip Direktverdampfung Erdwärme zur Brauchwasserbereitung nützen. Lüftungs-Wärmepumpe Luft/Luft Auch in dem Anwendungsgebiet kontrollierte Wohnraumlüftung werden Wärmepumpen verwendet. Dadurch wird der Wärmerückgewinnungsgrad aus der Abluft erhöht bzw. Räume können bei Bedarf wahlweise auch klimatisiert werden.
Die Luft/Luft - Wärmepumpen besitzen dabei einen vollhermetischen Kompressor, Lamellen-Wärmetauscher als Verdampfer und Kondensator sowie ein Expansionsventil und die nötigen Sicherheitseinrichtungen.Die Steuerung der Geräte erfolgt über einfache Raum- und Zuluft geführte Thermostaten. Dabei wird die Heizenergie meist der Abluft entnommen und für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung verwendet. Die Raumheizung erfolgt dabei meistens hauptsächlich über ein hydraulisches Wärmeverteilsystem.
In diesen Fällen ist der Einsatz einer oder mehrerer weiterer Wärmequellen erforderlich (beispielsweise Erdwärme).Ist lediglich eine Elektro-Zusatzheizung vorgesehen so ist mit erhöhten Heizkosten zu rechnen.Alle Anlageteile müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um einen einwandfreien Betrieb und hohe Leistungszahlen (Jahresarbeitszahl) zu gewährleisten. Die Daten sind im Anlagen-Datenblatt festzuhalten, und die Anlage ist gemäß Qualitäts-Sicherungs-Standard des Herstellers zu dokumentieren.
© Marc Husmann Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Herausgebers.
