• Die Wärme wird der Wärmequelle entzogen (->Verdampfer)

• Die Wärme wird der Wärmesenke zugeführt (->Verflüssige/Kondensator)

• elektrische Energie wird „verbraucht“ (->Verdichter)

• Sammler: Zwischenspeicherung von Kältemittel, Zurückhalten der Gasphase

• Filtertrockner: Bindung von Feuchtigkeit und Schmutz

• Schauglas: Blasen bedeutet Kältemittelmangel oder Verstopfung des Filtertrockners, Farbindikator

• Expansionsventil: temperaturabh. Regelung des Kältemittelstromes -> ausreichende Überhitzung vor Verdichter

• Verdichter: Abdichtung zur Reduktion von Kältemittelleckagen -> verschiedene Bauweisen

• vollhermetisch: Elektromotor im Verdichtergehäuse integriert + Gehäuse verschweißt, Motor kältemittelumspült

• halbhermetisch: Elektromotor im Verdichtergehäuse integriert + Gehäuse verschraubt, Motor kälte

• offen: Elektromotor außerhalb des Verdichtergehäuses + Wellenabdichtung mittels Gleitringen

• Der COP ist ein Vergleichswert der unter bestimmten Bedingungen aufgenommen

• Verhältnis von „Heizleistung zu effektiver Leistungsaufnahme des Gerätes“

• COP = 4 -> mit „einem Teil“ Strom werden „4 Teile“ Wärme erzeugt

• Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle & Wärmesenke ist, desto besser ist die Leistungsziffer!

• Entscheidende Einflussgrößen: Vorlauftemperatur & Quellentemperatur

• Angabe des Mediums durch Buchstabe

  • AX: Luft (Air, Außentemperatur)

  • WX: Wasser (Water, Systemtemperatur)

  • B: Sole (Brine)

• A7 / W35 bedeutet bei einer Außentemperatur von 7°C sowie einer Wasservorlauftemperatur im Gebäude/System von 35°C

• Verhältnis der im Jahr abgegebenen Nutzwärme einer Elektrowärmepumpe bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie für den Antrieb des Verdichters und der Hilfsantriebe

• Aufgrund vieler nicht planbarer Einflussgrößen keine exakte Vorhersage möglich

• Abhängig von:

  • Bilanzgrenze

  • Wärmequellentemperatur

  • Vorlauftemperatur des Heizsystems

  • Hydraulik

  • Anteil der Warmwasserbereitung

  • Nutzerverhalten!

    
    

• nutzen die Außenluft als Energiequelle

• Bei einer Aussentemperaturen von bis zu -20 °C entzieht die Wärmepumpe der Luft dabei noch Heizenergie

• nutzen die Abluftenergie aus RLT-Anlagen am Verdampfer für ein Wärmepumpensystem und führen diese wiederum über den Kondensator direkt dem RLT System zu

• Im Wärmepumpenkreislauf wird das Kältemittel kompremiert/erwärmt und gelangt in den Kondensator, welcher wiederum in der Zuluft des RLT-Gerätes integriert ist.

• Verdampfer und Kondensator sind direkte Bestandteile der RLT

  
  

• nutzen das Erdreich über Erdwärme-Sonden

• Durch oberflächennah ins Erdreich eingebrachte Erdkollektoren oder vertikale Erdsonden wird die Wärme an die Oberfläche gefördert

• Das Tmepertaurniveau des Erdreichs lässt im Sommer sogar eine Kühlung zu.

• ziehen die Heizwärme aus dem Grundwasser, wenn es in ausreichender Menge und Qualität vorhanden ist und eine wasserrechtliche Genehmigung vorliegt

• Ist Grundwasser in vertretbarer Tiefe und entsprechender Temperatur vorhanden, so erreicht man damit die höchsten Jahresarbeitszahlen

• Ist bewilligungspflichtig

• Eine konstante Temperatur von +8°C bis +12°C garantiert einen optimalen Heizbetrieb

• Das Grundwasser wird vom Förderbrunnen zur Wärmepumpe und von dort zum 15 Meter entfernten Schluckbrunnen geführt

  
  

• Der gasbetriebe, verfahrenstechnische Prozeß arbeitet im Grunde mit einem thermischen Kompressor

• Im Absorber treffen kältemittelarmes Absorptionsmittel und Kältemittel aufeinander, wobei eine Auflösung des Kältemittels im Lösungsmittel erfolgt

• Hierbei entsteht Kondensations- und Lösungswärme, welche vom Heizungswasser aufgenommen wird

• Die an Kältemittel angereicherte Lösung wird anschließend von einer kleinen Lösungsmittelpumpe im flüssigen Zustand auf das höhere Druckniveau des Kondensators gebracht und in den so genannten Austreiber gefördert

• In diesem Austreiber wird die angereicherte Lösung „ausgekocht“, wodurch das Kältemittel wieder freigesetzt wird

• Im Kondensator überträgt sich die Kondensationswärme ebenfalls an das Heizwasser

• Die verbleibende „arme“ Lösung wird an einem Expansionsventil auf geringen Druck entspannt, nimmt im Verdampfer Umweltwärme bei geringerem Temperaturniveau auf und fließt erneut dem Absorber zu

• Das Verhältnis aus der abgegebenen Nutzwärmeleistung (für Heizung und Brauchwassererwämung) zur Brennerbelastung des Austreibers (entspricht dem Gasverbrauch) wird bei Absorptionswärmepumpen als Heizzahl bezeichnet

• Ähnlich wie bei Brennwertgeräten ist auch bei Gas-Absorptionswärmepumpen eine Abgaskondensation möglich

• Absorptionswärmepumpen erreichen sogenannte Heizzahlen um 1,5 bis 1,7.

• Das ungestörte Erdreich hat bereits nach einigen Metern ein Quellentemperatur von ca. 10°C

• Die Sonden sind im Regelfall bis zu 100 m lang

• Das Erdreich muss auf Eignung getestet werden und es gilt geologische Gutachten bzw. bergrechtliche Unbedenklichkeit einzuholen

• Im Laufe der Zeit kann die Quellentemperatur, im Falle unzureichender Regeration, absinken

• Die Erdreichsituation ist stets unterschiedlich

• Sondenwärmepumpen erfordern gegenüber Luft-/Wassersystemen ein erhebliches Mehrinvest

• Direkterdwärme-Systeme gelten als äußerst effiziente und preiswerte Ansätze

• Man benötigt allerdings Platz

• Dieses System kann auch zum aktiven Kühlen im Sommer Verwendung finden

• Zum Einsatz kommen Flachkollektoren

• Die Kollektoren können auch vertikal verlegt werden

Heizbetrieb:

Kühlbetrieb:

• monovalenter Betrieb (ein Wärmeerzeuger)

  • Anteil der Wärmepumpe an der gesamten Wärmeerzeugung: 100 %

  • Auslegung auf die maximale Gebäudeheizlast (DIN EN 12831)

  • Wärmequelle mit ganzjährig hoher Temperatur erforderlich, zum Beispiel Erdreich oder Grundwasser

  • Überwiegend im Neubaubereich (Flächenheizsystem & niedriger Energiebedarf)

• monoenergetisch (zwei Wärmeerzeuger gleicher Energiequelle)

  • Anteil der Wärmepumpe an der gesamten Wärmeerzeugung: ca. 95 %

  • In wenigen Stunden des Jahres wird eine elektrische Zusatzheizung eingeschaltet

  • Wärmepumpe kann kleiner dimensioniert werden

  • Kommt insbesondere bei Luft-Wasser-Wärmepumpen zur Anwendung

• bivalent-parallel (zwei Wärmeerzeuger unterschiedlicher Energiequelle)

  • Anteil der Wärmepumpe an der gesamten Wärmeerzeugung: ca. 80%

  • Wärmepumpe wird während der gesamten Heizperiode betrieben

  • Ab einer bestimmten Außenlufttemperatur (Bivalenzpunkt) wird ein zweiter Wärmeerzeuger zugeschaltet (zum Beispiel Gaskessel)

  • Anwendung zum Beispiel bei hohen Erschließungskosten der Wärmequelle

  • In Altbauten / Sanierungsprojekten

• gesonderte Stromtarife

• Sperrzeiten

  
  

Vorteile:

• bei solar gestützer PV Einbindung unumgänglich

• Abschaltzeiten müssen überbrückt werden

• Standspeicher für Heizung und zentrale Trinkwassererwärmung

• Pufferspeicher für Wärmeversorgung

• insb. zur Überbrückung der Stromsperrzeiten durch EVU (entsprechende Größe muss gegeben sein)

• insb. Vermeidung des Taktens

• Einbindung anderer Wärmequellen

• Warmwasserspeicher

Nachteile:

• höhere Kosten

• Wärmeverluste

• größerer Platzbedarf

• 8760 h/a

• Heizen: 6500 h/a

• Kühlen: 2260 h/a

idealisiert, realer Kältekreislauf für R134a

• Unter Überhitzung wird die Erwärmung des trockengesättigten Dampfes, nach der Verdampfung, auf eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur T0 verstanden

• Es muss sichergestellt werden, dass das Kältemittel vor dem Eintritt in den Verdichter vollständig verdampft ist, um Flüssigkeitsschläge im Verdichter zu verhindern

• Die Überhitzung wird bei den meisten Verdampferbauarten (trockene Verdampfung) als Regelgröße für die Verdampferbefüllung durch das Drosselventil benutzt

• Die Überhitzung kann durch eine Erweiterung des Verdampfers um eine Überhitzungsstrecke oder durch das Nachschalten eines Wärmeübertragers realisiert werden.

• Unter Unterkühlung versteht man die Abkühlung des kondensierten Kältemittels auf eine Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur bei Sättigungsdruck Zustandsänderung von 3EK

• Die vollständige Verflüssigung soll gesichert werden

• Betrachtet man das Strömungsprofil des Verflüssigers auf der Kältemittelseite, so befindet sich an den gekühlten Außenwänden des Verflüssigers flüssiges Kältemittel

• Im Inneren der Strömung kann noch Dampf vorhanden sein

• Dieser muss durch die Unterkühlung vollständig kondensiert werden

• Die Drosselventile können unregelmäßig arbeiten, wenn es während des Drosselvorganges zu einer vorzeitigen Verdampfung durch den Druckabfall kommt

• Diese Verdampfung entsteht durch die Reibungsverluste der strömenden Flüssigkeit in der Rohrleitung und im Drosselventil

• Ohne Unterkühlung ist nach dem Drosselvorgang bereits ein großer Teil des Kältemittels im Verdampfer wieder gasförmig

• Durch die Unterkühlung kann deshalb die Kälteleistung verbessert werden

• Ein üblicher Wert für die Unterkühlung sind 5 bis 10 Kelvin

• Die Unterkühlung wird durch eine Erweiterung des Verflüssigers oder durch das Nachschalten eines Wärmeübertragers realisiert

• 4 – 1EV: Verdampfung mit Druckverlust (EV: Ende Verdampfung)

• 1EV – 1: Überhitzung mit Druckverlust

• 1 – 2: Verdichtung über den Verflüssigungsdruck.

  • Die Verdichtung ist polytrop, da bei der Verdichtung Strömungsverluste auftreten und die Temperatur des Kältemittels sowie die Temperatur der Zylinderwand sich gegenseitig beeinflussen

  • Es kann während des Verdichtungsvorgangs zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe durch das Kältemittel kommen

  • Im adiabaten Punkt findet kein Wärmeaustausch statt, da in diesem Moment das Kältemittel die gleiche Temperatur wie die Zylinderwand des Verdichters hat

• 2 – 2AK: Abführung der Überhitzungswärme mit Druckverlust sowohl durch die Öffnungsarbeit gegen die Ventilfeder als auch durch die Reibung in den Rohrleitungen (AK: Anfang Kondensation)

• 2AK – 3EK: Verflüssigung mit Druckverlust (EK: Ende Kondensation)

• 3EK – 3: Unterkühlung mit Druckverlust

• 3 – 4: Drosselung mit Enthalpieanstieg

• Der Verdichter ist quasi der Motor einer Wärmepumpe / Kompressionskältemaschine

• Die elektrische Energie entspricht quasi dem Aufwand

• Je nach Leistungsbereich kommen unterschiedliche Verdichtertypen zum Einsatz

• Für Haushaltskühlschränke finden hermetische Hubkolbenverdichter Verwendung

• Bei größten Anlagen zur industriellen Fertigung, kommen Rotationsverdichter auf Schraubenbasis zum Einsatz

• Verdichter und Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse

• einfacheren Montage, geringeren Leckage und der verminderten Geräuschentwicklung zu sehen

• Nachteilig sind eine geringere Variabilität im Antrieb und die Tatsache, dass ein Wicklungsschaden am Elektromotor eine Verschmutzung des gesamten Kältemittelkreislaufes nach sich zieht.