Die Pumpenindustrie steht nicht still und es gibt immer wieder neue technische Lösungen, die auf bekannten Technologien basieren. Vermarkter, die an Gewinn und Umsatzsteigerung interessiert sind, verheimlichen oft Daten über das Produkt und preisen es als revolutionär und beispiellos an. Das deutlichste Beispiel sind Wärmepumpen. Die Werbematerialien beschreiben weder das Funktionsprinzip solcher Geräte noch ihren Wirkungsgrad beim Heizen von Wohnungen. Sie können jedoch anhand dieses Materials verstehen, wie die Dinge funktionieren und wie nützlich dieses oder jenes System sein kann.
Was ist eine Wärmepumpe, ihr Anwendungsbereich
Die technische Definition einer Wärmepumpe ist ein Gerät zur Übertragung von Energie von einem Bereich in einen anderen bei gleichzeitiger Verbesserung der Leistung. Diese Mechanismen sind leicht zu veranschaulichen. Stellen wir uns einen Eimer mit kaltem Wasser und ein Glas mit heißem Wasser vor. Um sie von einem bestimmten Punkt aus zu erwärmen, wird die gleiche Energiemenge benötigt. Die Effizienz der Anwendung ist jedoch unterschiedlich. Wird gleichzeitig die Temperatur des Wassereimers um 1 Grad gesenkt, kann die entstehende Wärmeenergie die Flüssigkeit im Glas praktisch zum Sieden bringen.
Am Ende erhält der Nutzer durch den Einsatz einer gewissen Menge an Strom zwei Wärmequellen, von denen eine (die den Produkten entzogene Energie) völlig kostenlos ist.
Das ist das Prinzip der Wärmepumpe. Das Gerät hat ein umgekehrtes Funktionsschema im Vergleich zu einem Kühlschrank – bei diesem Gerät ist der Wärmetauscher, der Kühlergrill, eine nützliche und letztlich effizientere Komponente. Es funktioniert folgendermaßen:
- Der Wärmeabzugskreislauf befindet sich außerhalb des Raumes und ist von einer stabilen Temperaturumgebung umgeben;
- Während des Betriebs der Wärmepumpe wird die Temperatur des Arbeitskörpers durch natürliche physikalische Prozesse zwangsweise unter die Umgebungstemperatur gesenkt;
- dem Betriebsmedium Wärme entzogen wird, deren Intensität von der erzeugten Temperaturdifferenz abhängt;
- Das Arbeitsmedium gelangt in den Zustandsumwandlungskreislauf und in den Raumwärmetauscher;
- die Energie wird in die Luft oder eine andere Umgebung abgegeben;
- das Arbeitsmedium wird zu Beginn des Zyklus zugeführt (Wärmeentzugskreislauf).
Dieses Heizsystem hat eine Reihe von Vor- und Nachteilen. Unter optimalen Bedingungen zeigt eine Wärmepumpe jedoch erhebliche Einsparungen. Im Vergleich zu einem klassischen Gas- oder Festbrennstoffkessel sind 70-80% weniger Heizkosten erforderlich.
Die endgültige Effizienz der Wärmepumpe hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Einige technische Lösungen können nur eine begrenzte Anzahl von Problemen lösen. andere erfordern eine komplizierte Installation der Wärmepumpe.
Heute gibt es eine Reihe von Haushaltsgeräten, deren Besitzer sich nicht bewusst sind, dass sie innovative, revolutionäre Ideen der Wärmegewinnung aus der Umwelt nutzen. Dies kann sogar bei Außentemperaturen unter Null Grad geschehen. Dies ist Klimageräte mit Heizfunktion, die in der Tat auf der Mechanik einer Wärmepumpe basiert. Die Prinzipien der Arbeit solcher Geräte der Klasse Luft – Luft werden später betrachtet.
Schema für die Beheizung eines Privathauses mit einer Wärmepumpe
Der optimale Einsatz einer Wärmepumpe für die Hausheizung umfasst Lagertank. Vereinfacht ausgedrückt sieht das so aus:
Klassifizierung von Wärmepumpen nach den Eigenschaften des Mediums
Die Klassifizierung der Wärmepumpen ist recht umfangreich. Die Geräte werden nach der Art des Arbeitsmediums, dem Prinzip der Änderung des physikalischen Zustands, der Verwendung von Umwandlungsvorrichtungen und der Art der für den Betrieb erforderlichen Energie unterschieden. Wenn man bedenkt, dass es auf dem Markt Modelle mit verschiedenen Kombinationen von Klassifizierungskriterien gibt, wird klar, dass es ziemlich schwierig ist, alle aufzulisten. Es ist jedoch möglich, die folgenden Grundprinzipien zu berücksichtigen.
Installation, Auslegung und endgültige Leistung der Wärmepumpe hängen von den Parametern der Wärmequelle und des Abnehmermediums ab. Es gibt heute mehrere Arten von technischen Lösungen.
Luft-Luft
Luft-Luft-Wärmepumpen – die gängigsten Geräte. Sie sind kompakt und relativ einfach. Haushaltsklimageräte mit Heizbetrieb arbeiten mit dieser Art von Mechanik. Das Prinzip ist einfach:
- ein Außenwärmetauscher kühlt unter die Lufttemperatur ab und entzieht Wärme
- Sobald das einströmende FCKW im Kühler komprimiert wird, steigt seine Temperatur erheblich an;
- ein Ventilator im Raum, der auf einen Wärmetauscher bläst, erwärmt den Raum.
Die Entnahme von Umgebungsenergie erfolgt nicht unbedingt über einen externen Wärmetauscher. Zu diesem Zweck kann Luft in ein im Raum befindliches Gerät eingeblasen werden. Auf diese Weise können einige Kanalsysteme.
Wasser/Wasser-Wärmepumpen zeichnen sich durch eine höhere Leistung und einen höheren Wirkungsgrad aus. Der Grund dafür ist die höhere Wärmekapazität der Flüssigkeit. Die Wasserschicht, in der sich die Sonde oder der Wärmetauscher befindet, gibt schnell Energie ab, und aufgrund ihres immensen Volumens gibt sie nur einen kleinen Teil ihrer Energie ab, was zu einem stabilen Betrieb des Systems beiträgt. Das Wasser-zu-Wasser-System ist außerdem gekennzeichnet durch hoher Wirkungsgrad.
Tipp! Der Wasser-Wasser-Kreislauf kann unter bestimmten Voraussetzungen auf die Zwischeneinheiten in Form von Wärmenetzspeichern verzichten. Durch die richtige Einschätzung der vorhandenen klimatischen Bedingungen und die Auswahl der Installationskapazität wird ein Wärmepumpen-Wassererhitzer im Haus installiert und ein effizientes Fußbodenheizungssystem eingerichtet.
Wasser-Luft, Luft-Wasser
Bei Kombinationssystemen ist besondere Sorgfalt bei der Auswahl erforderlich. Die bestehenden klimatischen Bedingungen werden sorgfältig bewertet. Der Wasser-Luft-Wärmepumpenkreislauf hat zum Beispiel einen guten Wirkungsgrad beim Heizen in Regionen mit strengem Frost. Ein Luft-Wasser-System in Verbindung mit einer Fußbodenheizung und einem sekundären Warmwasserspeicher kann maximale Einsparungen bei, wo die Lufttemperatur selten unter -5 °C fällt…-10 Grad.
Ein System, das sich an die Eigenschaften der Umwelt anpasst, basiert auf Thermopumpe, Gebläsekonvektor, Heißluftpistole jeder Klasse. Bei ausreichend hohen Außentemperaturen (bis zu -5…-10 Grad Celsius) arbeitet die Wärmepumpe normal und liefert ausreichend Leistung zum Heizen. Eine Besonderheit des Systems ist, dass der externe Wärmetauscher in einem separaten Luftkanal untergebracht ist. Sinkt die Außentemperatur unter die optimale Temperatur, wird die zugeführte Luft mit einem Heizgerät (Diesel, Elektro oder Gas) erwärmt.
Besonders hervorzuheben ist, dass die meisten Programme zur Anpassung an die Lufttemperatur oder zur Stabilisierung des Wärmepumpenbetriebs für Luft-Luft- und Luft-Wasser-Geräte gelten. Andere Systeme ermöglichen aufgrund der externen Wärmetauscher, die in der Erde oder im Wasser isoliert sind, keine ähnlichen „Treibhaus“-Arbeitsbedingungen zu schaffen.
Grundlegende Merkmale und Berechnung der Wärmepumpenleistung
Die Gesamtrationalität der Installation einer Wärmepumpe für die Hausheizung wird in erster Linie bewertet, zu den finanziellen Kosten. Dazu gehören:
- Kaufpreis des Geräts;
- Installationskosten, die auch Erdarbeiten umfassen können;
- Ausgaben für die regelmäßige Wartung;
- die ungefähren Kosten für die Beseitigung häufiger Fehler.
Wählen Sie das Modell nach seiner Kapazität, basiert, wie oben erwähnt, auf dem gesamten Wärmebedarf. Eine ungefähre Berechnung für ein einstöckiges 10×10 m Haus (300 Kubikmeter Volumen) sieht so aus:
- die maximale negative Wintertemperatur (-20) wird berücksichtigt;
- Bestimmung des Unterschieds zwischen dem Raum und der Umgebung (20 -20 = 40);
- Die Wärmeverluste der Wände werden anhand der Referenzdaten des Materials berechnet (im Falle von Ziegeln ist die Tabelle 1 und die Wärmeverluste betragen 12000 Kilokalorien pro Stunde oder 13,5 kW).
Die Zahl ist die Mindestleistung der Wärmepumpe, die ausreicht, um das Haus zu heizen. Das Merkmal muss um mindestens 50% erhöht werden, um das beste Modell zu wählen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Wärmepumpe im Winter unter nicht optimalen Bedingungen in der Nähe des unteren Punktes des Wirkungsgrades der Umgebungstemperatur Null arbeiten muss. Der für das betreffende Beispiel ermittelte Wert liegt bei etwa 20 kW.
Der zweite Teil der Berechnung lautet die Wahl des Fassungsvermögens des Tanks. Es wird empfohlen, diesen Teil des Systems so zu installieren, dass die Wärmepumpe für eine begrenzte Anzahl von Zyklen pro Tag betrieben werden kann. Die Dokumentation des Geräts enthält Empfehlungen für das Volumen des Wärmespeichers bei einer bestimmten Taktrate. Der Durchschnittswert beträgt 30 Liter pro Kilowatt bei 3 Starts, 20 Liter bei 5 Starts. Ein Haus im obigen Beispiel würde also einen Speicher von mindestens 400 Litern für fünf Wärmepumpenzyklen pro Tag benötigen.
Schlussfolgerung
Wenn nach einer Analyse des Klimas, der verfügbaren Energiequellen und der Bodenbeschaffenheit die Entscheidung für die Anschaffung einer Wärmepumpe zum Heizen gefallen ist, empfiehlt es sich, dass die Planung des Systems Fachleuten zu überlassen. Die optimale Wahl des Modells hängt nicht nur von den Besonderheiten des Geräts und seiner Funktionsweise ab. Die Fachleute berücksichtigen die Wärmeleistung des Bodens, wählen ein Kombinationsschema mit gutem Wirkungsgrad, berechnen die beste Option für die Erdarbeiten. Ein von Fachleuten geplantes Heizsystem mit einer Wärmepumpe lässt Sie also keine Überraschungen erleben und Ihre Wahl nicht bereuen.
Lohnt sich der Einsatz einer Wärmepumpe zum Heizen Ihres Hauses? In Anbetracht der steigenden Heizkosten und dem wachsenden Bewusstsein für Umweltschutz möchte ich wissen, ob sich die Investition in eine Wärmepumpe lohnt. Welche Vorteile bietet sie im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen? Gibt es eine Möglichkeit, die Kosten und den Nutzen einer Wärmepumpe zu berechnen? Danke für Ihre Hilfe!