Funktionsweise - das Prinzip der Wärmepumpe

Die Wärmepumpe wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um - auch im Winter bei weit unter 0°C.
Dies geschieht in einem geschlossenen Kreisprozess durch ständiges Ändern des Aggregatzustandes des Arbeitsmittels
(Verdampfen, Komprimieren, Verflüssigen, Expandieren).

Nach dem selben Prinzip entzieht auch ein Kühlschrank seinem Inneren die Wärme und gibt diese dann nach außen ab.
Die Wärmepumpe hingegen entzieht der Umgebung des Hauses - Erdreich, Wasser oder Luft - gespeicherte Sonnenwärme
und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von nutzbarer Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.

  • Der Wärmepumpenkreislauf

  • Der wesentliche Prozess der Wärmepumpe besteht darin, dass ein Arbeitsmittel (Kältemittel) in einem ständigen
    Kreislauf seinen Aggregatzustand (flüssig bzw. gasförmig) ändert und Wärme aufnimmt bzw. abgibt.
    Der Wärmepumpen-Kreisprozess folgt im wesentlichen dem Carnot-Prozess.

    Die Grafik zeigt den Prozess einer Wärmepumpe:

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    1.Verdampfer
    In einem Wärmetauscher nimmt das flüssige Kältemittel Energie von der Wärmequelle Wasser, Erde oder Luft auf
    und verdampft mit zunehmender Temperatur.

    2.Verdichten
    In einem Kompressor wird unter Zufuhr elektrischer Energie das nun dampfförmige, aber noch kalte Kältemittel verdichtet
    und dadurch erhitzt. Das Kältemittel verlässt als sogenanntes Heißgas den Verdichter.

    3.Verflüssigen/Kondensieren
    Das Heißgas gelangt nun in den Verflüssiger, gibt Energie an das Heizsystem ab, kondensiert und verlässt als warmes,
    flüssiges Kältemittel den Kondensator. Das Heiz- oder Warmwasser wird dadurch auf die gewünschte Temperatur erhitzt.

    4.Entspannen
    Das warme, flüssige Kältemittel wird zum Expansionsventil transportiert. Im Expansionsventil wird der Druck schlagartig gesenkt.
    Die Temperatur des Kältemittels nimmt dadurch ohne Abgabe von Energie ebenfalls schlagartig ab.
    Das kalte, flüssige Kältemittel wird dem Verdampfer zugeführt und der Kreislauf beginnt von neuem.

  • Die Wärmepumpen-Heizanlage

  • Die Wärmepumpen-Heizanlage besteht aus einer Wärmequellenanlage (WQA), der Wärmepumpe (WP
    und der Wärmenutzungsanlage (WNA).

    Wärmepumpen-Heizanlage:

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    Alle Anlagenteile müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um einen einwandfreien Betrieb und
    hohe Leistungszahlen (Jahresarbeitszahl) zu gewährleisten.Die Hauptdaten sind im Anlagen-Datenblatt festzuhalten,
    und die Anlage ist gemäß dem OCHSNER-Qualitätssicherungs-Standard entsprechend zu dokumentieren.

    Folgende Betriebsweisen sind möglich

    1.Monovalent
    Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger. Die Wärmepumpe deckt jederzeit 100 % des Wärmebedarfes.
    Geeignet für Vorlauftemperaturen von max. 55 °C bzw. 65 °C bei Typenreihe "plus".
    Anlagen mit Wärmequelle Erdreich oder Wasser werden monovalent betrieben.

    2.Bivalent-Parallel (WP + Zusatzheizung)
    Die Wärmepumpe heizt bis zum Zuschaltpunkt allein. Nach dem Zuschaltpunkt heizt sie gemeinsam mit dem Kessel oder E-Heizstab.
    Max. Vorlauftemperatur: 65 °C.Hauptsächlich bei Neuanlagen mit Wärmequelle Luft oder Umrüstung bei Altbausanierung.

    3.Bivalent-Alternativ (WP oder Zusatzheizung)
    Die Wärmepumpe heizt bis zum Umschaltpunkt allein. Nach dem Umschaltpunkt heizt der Kessel allein.
    Für Vorkauftemperaturen bis 90°C geeignet. Hauptsächlich verwendet bei Nachrüstungen.

    Beispiel: Bei einem Zuschaltpunkt von 0 ºC leistet die Luft/Wasser-Wärmepumpe selbst bei tiefster Außentemperatur
    von - 16 ºC noch beachtliche 88 % der Jahresheizarbeit. Je tiefer der Zuschaltpunkt des zweiten Wärmeerzeugers liegt,
    desto höher ist der Anteil der Wärmepumpe an der Jahresheizarbeit. Die Jahresheizarbeit ist außerdem von der Klimazone
    und der Betriebsweise abhängig.

  • Leistungszahl

  • e = Heizleistung / Antriebsleistung = (Umweltenergie + Antriebsleistung) / Antriebsleistung

    Die Leistungszahl e gibt die abgegebene Heizleistung im Vergleich zur aufgewendeten Antriebsleistung an.
    Häufig wird statt dem Begriff "Leistungszahl" auch die englische Bezeichnung "COP - coefficient of performance" verwendet.
    Eine Leistungszahl von 4 bedeutet daher, daß das Vierfache der eingesetzten elektrischen Leistung
    in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt wird. Die Leistungszahl ist ein Momentanwert.
    Die im Laufe einer gesamten Heizperiode gelieferte Nutzenergie im Verhältnis zu der zugeführten elektrischen Antriebsenergie ergibt
    die Jahresarbeitszahl. Weiters kann zwischen der Wärmepumpen-Arbeitszahl und der (gesamt) Anlagen-Arbeitszahl unterschieden werden.

  • Temperaturhub bestimmt Leistungszahl

  • In jedem Fall ist die Leistungszahl von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmeverteilung abhängig:
    Je geringer dieser "Temperaturhub" ausfällt, um so wirtschaftlicher arbeitet jede Wärmepumpe.
    Daher ist die optimale Planung der Gesamtanlage so bedeutend.

  • Arbeitsmittel

  • Als Arbeitsmittel (Kältemittel) werden Stoffe, welche bei niedrigen Temperaturen verdampfen und eine hohe innere Wärme besitzen, verwendet.
    Es sind nur chlorfreie Arbeitsmittel zugelassen. Diese haben keinerlei ozonschädigende Auswirkung (ODP = 0).
    R 134 a, R 407 C, und Propan erfüllen diese Bedingungen.