Energietechnik

 

  Energietechnik "Wärmepumpen"                                       (Zitat aus www.energie-lexikon.info)

 

Luft/Wasser-Wärmepumpen (Innen-/Aussen-/Split-Ausführung)
Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die als Wärmequelle Luft benutzt und die Wärme an einen Wasserkreislauf abgibt. Für die benutzte Luft gibt es verschiedene Möglichkeiten: Es kann Aussenluft sein, die Luft in einem Innenraum oder auch warme Abluft. Diese Varianten werden alle weiter unten separat erklärt.
Die Wärmeentnahme aus der Luft erfolgt in einem Wärmeübertrager, der mit dem Verdampfer der Wärmepumpe (meist einer Kompressionswärmepumpe) verbunden ist und durch den Aussenluft mit Hilfe eines starken Ventilators gedrückt wird. Die Verdampfertemperatur liegt im Betrieb etwas niedriger als die Temperatur der Aussenluft, die also beim Durchströmen abgekühlt wird, meist um einige Kelvin.
Oft wird für Wärmepumpenheizungen Aussenluft benutzt, da diese praktisch unbegrenzt verfügbar ist und ihre Abkühlung in der Regel kaum negative Auswirkungen hat. Es gibt unterschiedliche Bauweisen für solche Luft/Wasser-Wärmepumpen:
  • Bei Split-Geräten steht nur der Verdampfer mit Wärmeübertrager und Ventilator im Freien, und in einem Technikraum steht der Rest der Wärmepumpe mit Kompressor und Kondensator. Aussen- und Innengerät sind durch zwei Kältemittelleitungen und eine Stromleitung miteinander verbunden.
  • Es gibt Geräte zur Aussenaufstellung, die komplett im Freien stehen. Eine wärmegedämmte Doppel-Wasserleitung führt in den Technikraum.
  • Andere Geräte sind ganz im Technikraum untergebracht, und die Luft wird durch zwei Öffnungen in einer Aussenwand zu- und abgeführt.

Einen grundlegenden technischen Unterschied zwischen diesen Varianten gibt es allerdings nicht. Insbesondere sind auch keine unterschiedlichen Leistungszahlen zu erwarten.

Seit einigen Jahren sind neue Luftwasserwärmepumpen mit Invertertechnologien in Betrieb und erbringen höhere Leistungszeiten.

Sole/Wasser-Wärmepumpen (Glykol- oder Wasserfüllung)
Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die eine Sole (d.h. eine wässrige Lösung) als Wärmeübertragungsmedium benutzt. In der Regel handelt es sich um ein Wärmepumpenheizungssystem mit einer oder mehreren Erdwärmesonden oder auch Erdregistern oder Erdwärmekörben (→ oberflächennahe Geothermie). Da die Temperatur in solchen Sonden unter 0°C fallen kann, muss anders als bei einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe eine entsprechend frostgeschützte Sole verwendet werden. Es gibt allerdings auch Erdwärmesonden, die nicht mit einer Sole, sondern z.B. mit Kohlendioxid (CO2) als Wärmeübertragungsmedium arbeiten, also nicht in Verbindung mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.
Streng genommen ist die Bezeichnung “Sole” für die typischerweise verwendeten Flüssigkeiten falsch. Eine Sole ist nämlich eine Salzlösung, während man für Wärmepumpen meist organische Stoffe wie Ethandiol (= Ethylenglykol), 1,2-Propandiol (Propylenglykol) oder Ethanol verwendet. (Zusätzlich können Korrosionsinhibitoren zugesetzt sein.) Salze hätten den Nachteil, dass sie meist stark korrosionsfördernd wirken.
Die Solekreisläufe müssen dicht ausgeführt werden und vor Beschädigungen geschützt werden, um eine Verunreinigung des Grundwassers mit Frostschutzmitteln zu vermeiden.
Vergleich mit anderen Wärmepumpensystemen
Sole/Wasser-Wärmepumpen arbeiten meist energieeffizienter (mit höherer Leistungszahl und Jahresarbeitszahl) als die ebenfalls sehr verbreiteten Luft/Wasser-Wärmepumpen, da die Temperatur der Sole an Tagen mit hohem Wärmebedarf meist nicht weit unter 0°C abfällt, während die Außenluft viel kälter werden kann. Hinzu kommt, dass in Luft/Wasser-Wärmeüberträger höhere Temperaturgradienten auftreten und der Wärmeübergang durch Vereisung weiter vermindert werden kann. Dann nötige Abtauvorgänge kosten zusätzlich Energie. Bei einer Sole/Wasser-Wärmepumpe entstehen solche Probleme nicht. Auch in der Herstellung sind sie günstiger, wobei allerdings zusätzlich die Kosten für eine Erdwärmesonde anfallen, so dass das System insgesamt teurer ausfällt. Dem steht andererseits eine tendenziell höhere Lebensdauer gegenüber.

Grundwasser-Wärmepumpen
Wasser/Wasser-Wärmepumpen sind Wärmepumpen, die Wasser als Niedertemperatur-Wärmequelle nutzen – im Gegensatz zu anderen Wärmepumpen, die über eine “Sole” (wässrige Lösung) Wärme dem Erdreich entziehen (→ Sole/Wasser-Wärmepumpe) oder Außenluft (→ Luft/Wasser-Wärmepumpe) verwenden. Sie werden meist für die Wärmepumpenheizung von Gebäuden verwendet.
− Gewinnung des Wassers
In den meisten Fällen werden solche Wärmepumpen mit Grundwasser betrieben, welches in Mitteleuropa auch im Winter typischerweise Temperaturen in der Gegend von 10°C aufweist. Dieses wird in einem Förderbrunnen mit einer Tauchpumpe gewonnen. Das in der Wärmepumpe abgekühlte Wasser wird über einen zweiten Brunnen, den Schluckbrunnen, wieder dem Grundwasser zugeführt. Der Abstand und die Ausrichtung der beiden Brunnen werden so gewählt, dass kein Kreislauf entsteht: Der Förderbrunnen soll nicht bereits abgekühltes Wasser erneut ansaugen. Häufig driftet das Grundwasser systematisch in eine gewisse Richtung; es entsteht dann eine “Fahne” etwas kühleren Grundwassers in dieser Richtung. Selbstredend sollten die Förderbrunnen weiterer Anlagen möglichst nicht gerade in der Fahne einer großen Anlage liegen.
Da die Neigung diverser Materialien zur Korrosion stark von der chemischen Beschaffenheit des Wassers abhängt, ist eine Wasseranalyse notwendig. Man beachte, dass z.B. nahe gelegene landwirtschaftliche Flächen mit dem Einsatz von Mineraldüngern den Gehalt des Grundwassers an diversen Salzen erhöhen können.
Der Grundwasserspiegel sollte nicht zu tief liegen (z.
B. nicht tiefer als 15 m unter der Oberfläche), damit der Aufwand für den Brunnen und den Pumpenbetrieb nicht zu hoch wird.
Selbstverständlich muss eine Verunreinigung des Grundwassers sicher vermieden werden. Dies stellt technisch aber kein Problem dar. Das Wasser wird lediglich angesaugt, durch einen Wärmeübertrager geleitet und wieder abgegeben; es kommt nicht mit wassergefährdenden Substanzen in Kontakt. Trotzdem bedarf die Nutzung des Grundwassers in der Regel einer Genehmigung der zuständigen Wasserrechtsbehörde; dies ist nicht an allen Standorten möglich.
Anstelle von Grundwasser kommt auch Wasser aus Flüssen, Bächen und Seen in Frage. Hier kann die Gewinnung und die Abgabe des Wassers einfacher und kostengünstiger sein. Jedoch liegen die Temperaturen im Winter typischerweise niedriger: in einer gewissen Wassertiefe oft ca. 4
°C. Dies bewirkt einerseits eine niedrigere Leistungszahl der Wärmepumpe als mit dem wärmeren Grundwasser, und andererseits muss die Wärmepumpenanlage so ausgelegt sein, dass ein Einfrieren vermieden wird.
 

  Energietechnik "Freecooling/Geocooling"

 


Passiv

Die Wärmepumpe ist inaktiv und die Umwälzpumpen pumpt die Sommerhitze ins Erdreich. Mit minimalem Aufwand bleibt der Wohnbereich auch in heißen Sommern angenehm kühl. Die Temperatur aus dem Erdreich wird direkt auf die Fussboden- und Wandheizung übertragen. Sie sparen sich den Mehraufwand einer Klimaanlage.

Aktiv

Die Wärmepumpe arbeitet mit und pumpt die Sommerhitze ins Erdreich. Dort steht diese Wärmeenergie für die kalte Jahreszeit zur Verfügung. Ihr doppelter Nutzen: Noch während Sie kühlen, sorgen Sie für den Winter vor. Mit herkömmlichen Heizungen ist das undenkbar.