Referat Wärmepumpen

Wärmepumpen

Wärmepumpen sind ein Wunderwerk der Technik, weil sie bis zu 75% der für die Raumheizung, Warmwasseraufbereitung oder kontrollierten Wohnraumlüftung benötigten Energie aus der Umwelt (Erdreich, Wasser, Luft) entnehmen und nur 25% an elektrischer Antriebsenergie brauchen.

Dabei ist dieser Prozess nicht neu: Bereits 1853 hat der österreichische Wissenschaftler Peter Ritter von Tittinger das Prinzip der Wärmepumpe entdeckt.

Ohne dass man es vielleicht weiß, hat man eine Wärmepumpe in den eigenen vier Wänden. Das Aggregat im Kühlschrank funktioniert nach diesem Prinzip - nur wird es zur Kühlung und nicht zur Heizung genutzt: Den Lebensmitteln im Kühlschrank wird Wärme entzogen, diese entzogene Wärme wird an die Rückseite des Kühlschranks an die Umgebungsluft abgegeben.

Wärmepumpen sind bereits vor 25 Jahren auch als Heizaggregate auf den Markt gekommen, doch war damals die Zeit noch nicht 'reif' dafür. Einerseits wurden die Häuser noch nicht so gut wärmegedämmt und daher war der Heizleistungsbedarf zu groß, andererseits waren damals die Niedertemperatur-Heizsysteme noch nicht so weit verbreitet.

Bei gut wärmegedämmten Häusern ist die erforderliche Heizleistung im tiefsten Winter bei -15° C so klein geworden (Energiesparhaus ca. 8 kW, Niedrigenergiehaus ca. 3 kW), dass die Antriebsleistungen der Wärmepumpe im ersten Fall mit etwa 2 kW und im zweiten Fall mit nur 0,75 kW unbedeutend klein geworden sind. Auch der Einsatz von großflächigen Niedertemperatur-Heizsystemen wie Wand- und Fußbodenheizung sind heute bereits selbstverständlich geworden, weil die Vorteile für die Behaglichkeit erkannt wurden. So wird aufgrund der niedrigen Heizwassertemperaturen zwischen 30 bis maximal 40° C der Wirkungsgrad der Wärmepumpen so gut, dass Leistungsziffern bis zu 4 erreicht werden. Diese Leistungsziffer sagt aus, wie vielmal mehr Energie zur Heizung der Wohnräume zur Verfügung steht als an elektrischer Energie eingesetzt wurde.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Ein Kältemittel (heute nur mehr chlorfrei, FCKW-frei, nicht brennbar und nicht mehr ozonzerstörend) wird nach der Wärmeabgabe (roter Teil der Graphik) im Verdampfer expandiert und dadurch auf etwa -5° C abgekühlt.

Dieses kalte dampfförmige Arbeitsmittel wird anschließend durch ein Rohrsystem geführt (blauer Teil der Graphik), in dem es durch die Aufnahme von Wärme aus der Umwelt (Erdreich, Wasser oder Luft) auf ca. +2° C erwärmt wird.

Die dadurch geringfügig abgekühlte Umwelt wird durch die Sonne rasch wieder erwärmt.

Mit dieser Temperatur gelangt das noch immer dampfförmige Mittel in den elektrisch angetriebenen Kompressor und wird mechanisch verdichtet. Durch die Kompression wird das Arbeitsmittel von +2° C auf ein höheres Temperaturniveau von ca. +40° C erwärmt.

Bei dieser Temperatur ist es dann möglich, die Wärme in einem Wärmetauscher an das Heizwasser abzugeben und dabei das Heizwasser zB. auf + 35° C aufzuwärmen.

Im Zuge dieser Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel unter hohem Druck: es wird flüssig. Anschließend wird das Arbeitsmittel, welches einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, im Verdampfer stark expandiert, wodurch es wieder auf ca. -5° C abgekühlt und auch wieder dampfförmig wird. Damit ist der Kreislauf abgeschlossen und beginnt wieder von neuem.

Bauteile einer Wärmepumpe:

-Verdampfer, zur Wärmeaufnahme

-Verdichter, zur Druckerhöhung

-Verflüssiger, zur Druckerhöhung

-Expansionsventil, zur Entspannung

Diese Bauteile sind durch Leitungen in einem geschlossenen Kreis angeordnet. Auch die Verbindungsleitungen haben eigene Bezeichnungen:

-Saugleitung, zwischen Verdampfer und Verdichter

-Druckleitung, zwischen Verdichter und Verflüssiger

-Flüssigkeitsleitung, zwischen Verflüssiger und Espansionsventil

-Einspritzleitung, zwischen Expansionsventil und Verdampfer

Typen von Wärmepumpen:

Je nach Nutzung der Umweltenergie, die aus dem Wasser, der Bodenwärme oder aus der Luft entnommen werden kann, und je nach dem erwärmten Medium, Wasser oder Luft, spricht man von folgenden Typen von Wärmepumpen:

-Wasser/Wasser

-Erdreich/Wasser

-Luft/Wasser

-Luft/Luft

Während die drei ersten Systeme zur Heizwassererwärmung und/oder zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden, kommt das vierte System im Winter bei der kontrollierten Wohnraumlüftung zur energiesparenden Erwärmung der Frischluft auf die gewünschte Raumlufttemperatur zur Anwendung.

+: Gute, leicht verständliche Erklärungen, schöne Abbildung.

-: Kein Literaturverzeichnis.