Einsatz von Wärmepumpen im Ausland. Schema, Beschreibung

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Einsatz von Wärmepumpen im Ausland. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Die Wärmepumpe wird am häufigsten zum Heizen und Klimatisieren von Häusern eingesetzt, insbesondere in den Vereinigten Staaten, wo eine ganzjährige Klimatisierung erforderlich ist: Kühlung in den Sommermonaten und Heizung im Winter. Die reversible Wärmepumpe, die beide Probleme löst, wird seit über 30 Jahren produziert und ist wirtschaftlich und zuverlässig.

In Europa, wo die klimatischen Bedingungen zumindest für einzelne Gebäude keine ganzjährige Klimatisierung erfordern, ist eine Einzweck-Wärmepumpe ein vielversprechenderes System. Im Vergleich zu herkömmlichen Zentralheizungssystemen liegen die Anschaffungs- und Betriebskosten auf einem akzeptablen Niveau.

Eine Wärmepumpe kann verschiedene Quellen minderwertiger Wärme nutzen und diese in einem Kondensator bei erhöhter Temperatur an einen Strom aus Gas, Flüssigkeit oder Wärmespeicher, flüssig oder fest, abgeben. In den meisten Fällen wird ein Warmwasser-Zentralheizungssystem verwendet, bei dem heißes Wasser zu den Heizkörpern in jedem Raum zirkuliert, oder ein Luftheizungssystem, bei dem jedem Raum über Kanäle erwärmte Luft zugeführt wird. Weit verbreitet sind folgende Raumheizgeräte: Heizkörper, Speicher und Konvektoren als zusätzliche Wärmequellen. Die Temperatur in Wärmeverteilungssystemen variiert zwischen 40 °C für Luftsysteme und 100 °C für Wasser- oder Dampfsysteme. Die typische Wassertemperatur liegt bei etwa 75 °C.

Da der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe stark von der Kondensationstemperatur abhängt, ist eine Senkung der Wärmeverteilungstemperatur bei Wärmepumpen wünschenswert. Es liegt auf der Hand, dass durch eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche, beispielsweise durch den Einsatz von Paneelen in den Böden, eine Temperatur von 50 °C geeignet ist. Durch Erhöhung der Umluftmenge kann die Temperatur auf 35 °C gesenkt werden. Die praktische Umsetzung dieser Trends in Neubauten könnte die Einstellung gegenüber Wärmepumpen radikal verändern.

Herkömmliche Zentralheizungssysteme mit Heizräumen innerhalb des Gebäudes sorgen für die gesamte Warmwasserversorgung. Dieser Umstand sollte bei der Auslegung von Wärmepumpen berücksichtigt werden. Allerdings erfordert das Heizen mehr Energie als die Warmwasserbereitung und beträgt beispielsweise in England 60-65 bzw. 20 %.

In England und anderen europäischen Ländern sind Warmwasser-Heizsysteme am weitesten verbreitet, aber dort, wo eine ganzjährige Klimatisierung erforderlich ist, kommt die Verteilung erwärmter oder gekühlter Luft zum Einsatz. Das Luftsystem eignet sich gut für neu errichtete Gebäude, ist jedoch bei Renovierungen komplizierter als das Wassersystem, bei dem Rohre mit kleinem Durchmesser für die Wasserversorgung aus dem Kessel verwendet werden. Das Luftsystem erfordert Kanäle mit großem Querschnitt, die in bestehenden Gebäuden nur schwer zu installieren sind.

Als Heizgerät muss eine Wärmepumpe nicht unbedingt als zentrales System dienen, das mehrere Räume versorgt. In jedem Raum können individuelle Klimaanlagen mit eigenem Kompressor und Kondensator sowie externer oder interner Wärmequelle für den Verdampfer installiert werden. Generell können Wärmepumpen mit den meisten herkömmlichen Heizungs- und Klimaanlagen mithalten.

Neben der Heizung und Klimatisierung ist die Warmwasserbereitung eine wichtige Funktion einer Wärmepumpe, die ihre Einsatzmöglichkeiten bestimmt.

Die meisten Forschungsberichte über die Rolle von Wärmepumpen in der Zukunft konzentrieren sich auf das Heizen, weisen jedoch darauf hin, dass Warmwasser und Wärmerückgewinnung immer wichtiger werden, da der Trend zu Niedrigenergiehäusern und „vollintegrierten Systemen“ auf Basis von Wärmepumpen zunimmt.

Dabei wird jedoch das Hauptproblem außer Acht gelassen – der Einsatz von Wärmepumpen in bestehenden Gebäuden, das Problem des Ersatzes einer Anlage, die gleichzeitig für die Warmwasserversorgung sorgt (zentrales Kesselhaus), durch eine Wärmepumpe, die auch beide Probleme gleichzeitig lösen kann. Dieses Problem hängt mit der Wirtschaftlichkeit der Nutzung einer externen Wärmequelle mit niedriger Temperatur zur Erzeugung von Warmwasser mit hoher Temperatur zusammen.

Die hohen Stromkosten verhindern einen weit verbreiteten Einsatz zum Heizen, und in vielen Fällen umfasst das Heizsystem eine Tandem-Wärmepumpe und einen Heizkessel für fossile Brennstoffe. In diesem Fall stellt die WP auf die erforderliche Temperatur erwärmtes Wasser bereit.

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