Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist ein Agregat, das nutzbare Wärme durch hochpumpen, (mit elektrischer Energie) von einem niedrigen zu einem höheren Niveau (z.B. von 5 Grad zu 35 Grad Wassertemperatur), erzeugen kann. Meistens handelt es sich bei der gewonnenen Wärme um kostenlose Umweltwärme (Anergie). Diese wird auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, wie es für die Nutzung gebraucht wird.  Hierfür muss der Wärmepumpe jedoch ein Teil hochwertiger elektrischer Energie (Exergie) zugeführt werden.

Der Unterschied zu einem Kühlschrank (einer Kältemaschine), welches ebenfalls einem kühlen Reservoir noch Wärme entziehen kann, ist lediglich der ähnliche Nutzaspekt von Intresse.

Im Prinzip könnte die eingesetzte elektrische Energie (hochwertige Exergie ) auch direkt zur Wärmeerzeugung verwendet werden, etwa in einer Elektroheizung. Der Einsatz einer Wärmepumpe ist jedoch von Vorteil, da damit wesentlich weniger Exergie für die gleiche generierte Wärmemenge benötigt wird, da die Wärme zu einem großen Teil aus dem kälteren Reservoir gewonnen wird.

Die standatisierteste und effizienteste Art von Wärmepumpe ist die Kompressionswärmepumpe. Diese enthält einen Kompressor, der mechanisch angetrieben wird – häufig durch einen Elektromotor  oder durch einen Gasmotor. Je nach Temperaturen der Nutzwärme und der Wärmequelle kann die Leistungszahl (COP - Coefficient of performance) einer Kompressionswärmepumpe z. B. zwischen 3,5 und über 5,5 erzielt werden. Allerdings bezieht sich diese auf die mechanische Antriebsenergie, die oft verlustreich aus Wärme hergestellt wird.

Luft/Wasser-Elektrowärmepumpen gibt es einerseits in Form von Kompaktgeräten, wo sich die gesamte Wärmepumpentechnik in einem Gehäuse befindet, und andererseits in Form von Split-Wärmepumpen mit separatem Innen- und Außengerät.

Als Regel kann angesehen werden, dass die Wärmeausbeute umso höher wird, je geringer der Temperaturunterschied zwischen Nutzwärme und Umweltwärme ist.

Wärmepumpen können sehr verschieden Quellen von Umweltwärme oder Abwärme nutzen:

  • Für Heizungswärmepumpen werden häufig Erdwärmesonden eingesetzt, die z. B. 100 oder 200 Meter tief in das Erdreich eindringen. Eine frostgeschützte Flüssigkeit (Sole- Wasser Glycol) zirkuliert zwischen Erdsonde und Wärmepumpe.

  • Ebenfalls verwendet werden in geringer Tiefe von z. B. 1,5 m verlegte Erdregister, die z. B. unter einem Garten liegen können, und Erdwärmekörbe.

  • Auch kann Grundwasser mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe genutzt werden. Das Grundwasser wird in einem Brunnen gewonnen, in einem Wärmeübertrager abgekühlt und dann wieder versickert. In anderen Fällen kommt Wasser aus einem Bach, Fluss oder See zum Einsatz.

  • Luft/Wasser-Wärmepumpen und Luft/Luft-Wärmepumpen nutzen meist Außenluft. Der Nachteil ist, dass die Außenluft gerade dann besonders kalt ist, wenn für eine Heizung viel Wärme benötigt wird. Außerdem neigen solche Geräte vor allem bei Außentemperaturen um 0 °C zur Vereisung des Verdampfers, was regelmäßige Abtauvorgänge notwendig macht und die Leistungszahl weiter senkt

  • Ideale Verhältnisse liegen für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe dagegen oft vor, wenn Wärme aus einem Eisspeicher gewonnen wird

  • Brauchwasserwärmepumpen nutzen manchmal die Abluft einer Lüftungsanlage oder auch überschüssige Wärme in einem Kellerraum.

  • Manchmal werden Wärmepumpen eingesetzt, um Wärme aus erneuerbarer Energie (z. B. aus Absorbern) leichter gewinnbar und auch speicherbar zu machen (z. B. über einen Eisspeicher)

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