Eine Wärmepumpe ist eine Heizung, welche die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie nutzt, um Gebäude zu erwärmen.

Der erste Wärmeübertrager (der Verdampfer) überträgt dabei die thermische Energie aus Luft, Erde oder Wasser auf ein Kältemittel, das durch besondere physikalische Eigenschaften bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft.

Denn in diesem erhöht ein Verdichter den Druck des dampfförmigen Kältemittels so weit, bis seine Temperatur über der des Heizungssystems liegt.

Nur so kann die Wärme über einen weiteren Wärmeübertrager (den Verflüssiger) auch an das Heizungssystem abgegeben werden. Während das Kältemittel dabei abkühlt, sinkt sein Druck und das Medium wird langsam wieder flüssig.

Vollständig regeneriert fließt das Kältemittel durch das Entspannungsventil, das den Druck auf den Ausgangszustand zurückbringt, zurück zum Verdampfer und der Wärmepumpen-Prozess beginnt von vorn an.

Saugleitung: Verdampfer (Innengerät) zum Verdichter (Außengerät)

Die Saugleitung verbindet den Verdampfer mit dem Verdichter. Hier strömt Kältemitteldampf.

Um das mitlaufende Öl transportieren zu können, muss dieser Dampf eine Mindestgeschwindigkeit haben (ca.4-9m/s), d.h. der Rohrdurchmesser darf nicht zu groß sein.

Druckleitung: zwischen Verdichter und Verflüssiger

In der Druckleitung wird der verdichtete Kältemitteldampf vom Verdichter zum Verflüssiger geleitet. Außerdem wird das vom Verdichter ausgeworfene Öl mitgeschleppt. Wegen der hohen Temperatur des Druckdampfs Je nach Kältemittel im Normalbetrieb ca.60bis80 Oe) ist es dünnflüssig und damit leicht transportierbar. Die Druckleitung ist die aufgrund des Innendrucks und vom Verdichter ausgehender Schwingungen am stärksten mechanisch beanspruchte Leitung der Kälteanlage.

Flüssigkeitsleitung: zwischen Verflüssiger und Expansionsorgan

Durch die Flüssigkeitsleitung fließt das flüssige Kältemittel zum Expansionsorgan (Kapillardrosselrohr oder ein Regelventil)

Einspritzleitung: Expansionsorgan (Außengerät) zum Verdampfer (Innengerät)

Die anschließende Einspritzleitung stellt die Verbindung zum Verdampfer her. In ihr befindet sich ein Dampf- Flüssigkeitsgemisch (Nassdampf). In beiden Leitungen fließt das Kältemaschinenöl im Kältemittel gelöst mit.

Am Anfang steht das flüssige Kältemittel. Es steht in der geschlossenen Anlage unter einem bestimmten Druck. Diesem Druck ist einer bestimmten Siede-oder Verdampfungstemperatur zugeordnet. Eine Veränderung dieses Druckes würde die Siedetemperatur verändern je höher der Druck über einer Flüssigkeit ist, desto höher muss man sie erhitzen, bis sie siedet.

Das flüssige Kältemittel nimmt Wärme (aus dem Kühlschrank/Ausseneinheit) auf. Dabei geht es in die gasförmige Phase über. Um das Kältemittel wieder verwendungsfähig zu machen, ist nun zweierlei nötig: die aufgenommene Wärme muss an die Umgebung (außerhalb des Kühlschranks/Heizungsanlage) abgegeben und die flüssige Phase wiederhergestellt werden.

Das gasförmige Kältemittel wird zunächst mechanisch verdichtet. Da dies in einem geschlossenen Behälter geschieht, kommt es zu einem Druck-und einem Temperaturanstieg des Kältemittels. Dabei steigt die Temperatur des Kältemittels über die der Umgebungstemperatur (außerhalb des Kühlschranks/ Heizungsanlage).

Das so erhitzte gasförmige Kältemittel strömt anschließend in einen Wärmeaustauscher (Verflüssiger). Da es wärmer als (die Luft außerhalb des Kühlschranks / Der Heizungsanlage) ist, gibt der außen angebrachte Verflüssiger Wärme an die Umgebung/Heizungsanlage ab. Dieser Wärmeentzug geht soweit, dass sich das unter hohem Druck stehende Kältemittel wieder verflüssigt (Kondensation). Die abgegebene Wärme setzt sich aus der beim Verdampfen aufgenommenen Wärme (aus dem Kühlschrankinneren/Ausseneinheit der WP) und der beim Verdichten entstandenen Wärme zusammen. Expansion (Entspannung) Das wieder flüssige Kältemittel steht noch unter hohem Druck. Es hat deshalb eine Temperatur, die ein Sieden nicht zulässt. Der Druck wird nun verringert, das flüssige Kältemittel dehnt sich aus (Expansion) und kühlt auf die dem neuen Druck entsprechende Siedetemperatur ab. Beim Einströmen in den Verdampfer nimmt es Wärme auf und beginnt wieder erneut zu verdampfen.

Unter Überhitzung versteht man die Differenz aus der am Fühler des thermostatischen Expansionsventils gemessenen Temperatur und der Verdampfungstemperatur. Die Verdampfungstemperatur wird über Manometer an der Saugseite ermittelt. Die Überhitzung wird in Kelvin[K] angegeben

Unterkühlung

Die Unterkühlung ist als Differenz zwischen Flüssigkeitstemperatur und Verflüssigerdruck/ -temperatur am Eintritt des Expansionsventils definiert. Die Unterkühlung wird in Kelvin [K] angegeben. Unterkühlung der Kältemittel-flüssigkeit ist notwendig, um Dampfblasen vor dem Expansionsventil zu vermeiden. Dampfblasen setzen die Leistung des Expansionsventils herab bzw. reduzieren die Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer. Eine Unterkühlung von 4-5 K ist in den meisten Fällen ausreichend.

Was Sie wissen sollten, ist, dass die Effizienz der Wärmepumpe steigt, je niedriger der Temperaturhub über den meist elektrisch angetriebenen Verdichter (in der Regel ein Scroll.-oder Ratoationsverdichter) ist.

Eine Wärmepumpe arbeitet also immer dann besonders wirtschaftlich, wenn sich die thermische Energie der Umwelt mit einer hohen Temperatur gewinnen lässt und die Temperatur im Heizungssystem niedrig ist. Möglich wird das zum Beispiel durch die Kombination einer Solewärmepumpe mit einer Flächenheizung oder groß dimensionierten Heizkörpern

Rollkolbenverdichter

Ein Rollkolbenverdichter ist ein Verdichter, bei dem der Kolben vollständig rotiert. Daher werden Rollkolbenverdichter auch Rotations- oder Umlaufverdichter genannt. Dieser Verdichtertyp wird meist bei Luft-Luftwärmepumpen eingesetzt und hat höhere Leistungszahlen als etwa Hubkolbenverdichter.

Es gibt Single und Twin Rollkolbenverdichter.

Twin Rollenkolbenverdichter haben eine bessere Laufruhe als Single Verdichter, da sich die Schwingungen gegenseitig aufheben.

einen Twin Verdichter erkennt man an an den zwei Leitungen, die den Verdichter verlassen zum Ölabscheider.

Scrollverdichter

Die meisten Wärmepumpen werden heute mit einem Scrollverdichter betrieben. Dieser besitzt zwei ineinander verschachtelte Spiralen, die das Gas durch ihre gegenläufige Bewegung verdichten. Eine Spirale ist hierbei fest, die andere rotiert. Während des Rotationsvorgangs bilden die Spiralen bei jeder Bewegung kleiner werdende Kammern. So wird das Gas angesaugt, in der Spirale verdichtet und in der Mitte der Spirale über einen Anschluss ausgestoßen.

Scrollverdichter haben den Vorteil, dass sie vergleichsweise geräuscharm betrieben werden können. Zudem kann ein Scrollverdichter, im Gegensatz zu anderen Verdichtertypen, nicht so leicht beschädigt werden, sollte eine geringe Menge flüssiges Kältemittel in den Verdichter gelangen.