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Wärmepumpentechnik Wärmepumpentechnik allgemeinallgemein

GrundlagenGrundlagen

AnwendungenAnwendungen

NeuigkeitenNeuigkeiten

Willi Kirchensteiner, Studiendirektor am

Bildungszentrum für Solartechnik der LH München

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WärmepumpentechnikWärmepumpentechnik

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Die Wärmepumpe – ein Beitrag zur effizienten Die Wärmepumpe – ein Beitrag zur effizienten EnergienutzungEnergienutzung!!

• Mit Hilfe der Wärmepumpe Mit Hilfe der Wärmepumpe

kann der riesige Speicher an kann der riesige Speicher an

Umweltwärme im Erdreich, Umweltwärme im Erdreich,

in Gewässern, im in Gewässern, im

Grundwasser und in der Luft Grundwasser und in der Luft

für Heizzwecke und zur für Heizzwecke und zur

Warmwasserbereitung Warmwasserbereitung

nutzbar gemacht werden!nutzbar gemacht werden!

• Die Wärmepumpe ist die Die Wärmepumpe ist die

einzige uns schon heute zur einzige uns schon heute zur

Verfügung stehende Verfügung stehende

Großtechnologie, mit der es Großtechnologie, mit der es

möglich ist, umweltschonend möglich ist, umweltschonend

gespeicherte Sonnenenergie gespeicherte Sonnenenergie

des Sommers auch im des Sommers auch im

Winter zu nutzen!Winter zu nutzen!

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Heizen = Energieausgleich der WärmeverlusteHeizen = Energieausgleich der Wärmeverluste

• In der hier gezeigten Modellanordnung zum Heizen wird deutlich, dass nur von einem höheren Wasser- (Temperatur-) Niveau der Behälter mit Wasser befüllt werden kann.

• Aus diesem Behälter kann das Wasser (Wärmeenergie) nur solange entweichen, solange im Behälter Leckstellen vorhanden sind und solange das Wasserniveau Innen höher ist als außerhalb des Behälters.

• Im Praxisfall des Heizens stellt sich ein stabiler Zustand dann ein, wenn genau die Menge an Wasser (Heizenergie) in den Behälter nachgeliefert wird, die durch die Lecks verloren geht.

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Der Heiztrick mit der Der Heiztrick mit der WärmepumpeWärmepumpe

• Der aus dem Hochbehälter kommende Wärmestrom wird als Antriebsenergie zum Rücktransport der Verlustwärme verwendet und zusätzlich als Wärmeenergie im Haus eingesetzt.

• In der Wärmepumpenpraxis beträgt der Energieanteil aus dem Hochbehälter nur noch ¼ der Energie, die insgesamt zum Heizen des Hauses notwendig ist.

• ¾ der Heizenergie wird mit der Wärmepumpe aus der Umwelt (Umweltenergie) zurückgeholt!!

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Der Kältekreislauf im ModellDer Kältekreislauf im Modell

Verdampfen = Beladen:po = konstant Tu To*

Verdichten = H

ochfahren:

po p; T

o* Tü

Tü`

Verflüssigen = Entladen:P = konstant; Tü` T* Tu`

Entspannen = Abfahren:

p po; T

u` Tu

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Der Kreisprozess der WärmepumpeDer Kreisprozess der Wärmepumpe Dampf-

förmiges Kältemittel

Heißes und gasförmigesKältemittel

flüssiges Kältemittel

flüssiger Sprühnebel

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Die WärmequellenanlageDie WärmequellenanlageAuswahl:Auswahl:

• Örtliche Örtliche VerhältnisseVerhältnisse

• Wünsche Wünsche des des BauherrnBauherrn

• Vorschriften Vorschriften beim Land-beim Land-ratsamt und ratsamt und dem dem Wasser-Wasser-wirtschafts-wirtschafts-amtamt

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WärmebedarfsermittlungWärmebedarfsermittlungDie maximale Vorlauf-Die maximale Vorlauf-

temperatur des Heiz-temperatur des Heiz-

systems beträgt bei systems beträgt bei

Wärmepumpen 55 – Wärmepumpen 55 –

65°C!65°C!Sie sollte möglichst Sie sollte möglichst

klein sein, damit eine klein sein, damit eine

gute Leistungszahl der gute Leistungszahl der

WP erreicht wird!WP erreicht wird!Nur mit Kurve „D“ Nur mit Kurve „D“

kann die Wärmepumpe kann die Wärmepumpe

allein bei allen Außen-allein bei allen Außen-

temperaturen den temperaturen den

Wärmebedarf decken! Wärmebedarf decken!

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WärmebedarfsermittlungWärmebedarfsermittlung

• Die beste Arbeitszahl Die beste Arbeitszahl erreicht die Grund-erreicht die Grund-wasserwärmepumpe. wasserwärmepumpe.

• Allerdings wird die Allerdings wird die Erdreich-WP wegen Erdreich-WP wegen ihrer längeren ihrer längeren Lebensdauer und Lebensdauer und ihres geringeren ihres geringeren Wartungsaufwandes Wartungsaufwandes häufiger eingebaut. häufiger eingebaut.

• Die Jahresarbeitszahl Die Jahresarbeitszahl der Erdreich-WP der Erdreich-WP erreicht heute bereits erreicht heute bereits die der Grundwasser-die der Grundwasser-WP.WP.

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Die Grundwasser-WärmepumpeDie Grundwasser-Wärmepumpe Wegen der relativ Wegen der relativ

hohen und hohen und jahres-zeitlich jahres-zeitlich unabhän-gigen unabhän-gigen Temperatur von Temperatur von ca. 10 °C ca. 10 °C erreichen diese erreichen diese WP die beste WP die beste Leistungszahl. Leistungszahl.

Die Anlagen-Die Anlagen-kosten sind kosten sind allerdings höher allerdings höher als bei anderen als bei anderen WP-konzepten. WP-konzepten.

Deshalb sollte die Deshalb sollte die Fördertiefe nicht Fördertiefe nicht unter 15 m liegen unter 15 m liegen (pro Meter ca. (pro Meter ca. 100 – 200,- €).100 – 200,- €).

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Vertikal- und Horizontal-Kollektoren für die Erd-WPVertikal- und Horizontal-Kollektoren für die Erd-WP Im Gegensatz zur Grund-Im Gegensatz zur Grund-

wasser-Wärmepumpe wird wasser-Wärmepumpe wird hier die Quellenenergie hier die Quellenenergie nicht direkt sondern nicht direkt sondern indirekt über eine Sole in indirekt über eine Sole in den Verdampfer den Verdampfer transportiert. transportiert.

Man spricht deshalb auch Man spricht deshalb auch von indirekter von indirekter Verdampfung mit einem Verdampfung mit einem Solekreis.Solekreis.

Der Wärmeentzug aus Der Wärmeentzug aus dem Boden ist umso dem Boden ist umso besser, je feuchter das besser, je feuchter das Erdreich ist.Erdreich ist.

Bei der Erdsonde schwankt Bei der Erdsonde schwankt die Entzugsleistung von 25 die Entzugsleistung von 25 – 100 W pro Meter.– 100 W pro Meter.

Beim Erdkollektor können Beim Erdkollektor können zwischen 10 und 45 W pro zwischen 10 und 45 W pro m² gewonnen werden.m² gewonnen werden.

Der Verlegeabstand der Der Verlegeabstand der Rohre beim Erdkollektor Rohre beim Erdkollektor sollte mindestens 50 cm sollte mindestens 50 cm betragen!betragen!

Bei Erdsonden müssen Bei Erdsonden müssen zwischen den Sonden zwischen den Sonden mindestens 5 – 6 m mindestens 5 – 6 m Abstand sein!Abstand sein!

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Die Luft-Wasser-WärmepumpeDie Luft-Wasser-Wärmepumpe Luft-Wasser-Wärmepumpen Luft-Wasser-Wärmepumpen

nutzen das in der Außenluft nutzen das in der Außenluft enthaltene Energiepotential. enthaltene Energiepotential.

Die Kompaktwärmepumpen gibt es Die Kompaktwärmepumpen gibt es für Innen- oder für Außenaufstel-für Innen- oder für Außenaufstel-lunglung

Bei einer Außenaufstellung müssen Bei einer Außenaufstellung müssen die Heizkreisrohre gut gedämmt die Heizkreisrohre gut gedämmt meist unterirdisch verlegt werden. meist unterirdisch verlegt werden. Die Wärmepumpe muss gegen Die Wärmepumpe muss gegen Einfrieren mit einer elektrischen Einfrieren mit einer elektrischen Zusatzheizung geschützt werden! Zusatzheizung geschützt werden!

Energetisch günstiger ist die Energetisch günstiger ist die Innenaufstellung. Dabei sollten die Innenaufstellung. Dabei sollten die Luftkanäle über Eck angeordnet Luftkanäle über Eck angeordnet werden, um einen thermischen werden, um einen thermischen Kurzschluss zu verhindern!Kurzschluss zu verhindern!

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Die Luft-Wasser-WärmepumpeDie Luft-Wasser-Wärmepumpe In der Regel werden Luft-Wasser-Wärmepumpen In der Regel werden Luft-Wasser-Wärmepumpen bivalent bivalent betrieben, betrieben,

da bei Außentemperaturen unter –5°C ein ökologisch sinnvoller da bei Außentemperaturen unter –5°C ein ökologisch sinnvoller Einsatz nicht mehr gegeben ist! Oft wird dann Einsatz nicht mehr gegeben ist! Oft wird dann monoenergetischmonoenergetisch eine eine elektrische Zusatzheizung im Heizkreis zugeschaltet. elektrische Zusatzheizung im Heizkreis zugeschaltet.

Wie untenstehendes Diagramm zeigt, wird hier unter 0°C, bzw. unter Wie untenstehendes Diagramm zeigt, wird hier unter 0°C, bzw. unter –2°C der Wärmebedarf des Gebäudes nicht mehr gedeckt. Wegen –2°C der Wärmebedarf des Gebäudes nicht mehr gedeckt. Wegen der dann notwendigen Zuschaltung eines 2. Wärmeerzeugers spricht der dann notwendigen Zuschaltung eines 2. Wärmeerzeugers spricht man hier von man hier von BivalenzpunktenBivalenzpunkten..

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Leistungskurven bei WärmepumpenanlagenLeistungskurven bei Wärmepumpenanlagen

Nicht nur die Nicht nur die QuelltemperatuQuelltemperatur sondern auch r sondern auch die Vorlauftem-die Vorlauftem-peraturen im peraturen im Heizkreis der Heizkreis der Wärmepumpe Wärmepumpe bestimmen das bestimmen das Ergebnis.Ergebnis.

Pro °C höherem Pro °C höherem Abstand Abstand zwischen Quell- zwischen Quell- und Heizkreis-und Heizkreis-temperatur temperatur verschlechtern verschlechtern die Leistungs-die Leistungs-zahl um 2,5 %! zahl um 2,5 %!

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Zentrale Zentrale WohnungslüftunWohnungslüftun

g mit Wärme-g mit Wärme-rückgewinnungrückgewinnung

Hierbei wird an Hierbei wird an zentraler Stelle der zentraler Stelle der Abluft zuerst über Abluft zuerst über einen einen Kreuzgegenstrom-Kreuzgegenstrom-wärmetauscher und wärmetauscher und anschließend im anschließend im Verdampfer einer WP Verdampfer einer WP die Energie entzogen die Energie entzogen bevor sie als Fortluft bevor sie als Fortluft ins Freie geblasen ins Freie geblasen wird. wird.

Die Außenluft wird Die Außenluft wird dagegen in den dagegen in den beiden Stufen mit beiden Stufen mit Heizenergie beladen!Heizenergie beladen!

Info 5.2

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Kompressions- und Absorptionswärmepumpe

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Die Hochtemperatur-Die Hochtemperatur-WärmepumpeWärmepumpe

Kaskaden-

schaltung mit 2

Verdichter-stufen erreicht Vorlauf-

temperatur bis 70

°C

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Die Hochtemperatur Die Hochtemperatur WärmepumpeWärmepumpe

EVI-Zyklus:

„Enhanced

VapourInjection

= Zusätzl.

Dampfein-

spritzungTvor bis

70 °C

2020

Danke für die Danke für die Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!

Der Referent, Willi Der Referent, Willi

Kirchensteiner Kirchensteiner

wünscht Ihnen wünscht Ihnen

eine erfolgreiche eine erfolgreiche

Anwendung der Anwendung der

Wärmepumpen-Wärmepumpen-

techniktechnik