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Wärmepumpenarten

Wärmepumpen können nach der Bauform und der Energiegewinnung unterschieden werden.

Bauformen von Wärmepumpen

Kompressionswärmepumpe:

Die Kompressionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. Hier zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf. Das Kältemittel wird durch einen Kompressor angetrieben und ändert dabei abwechselnd seinen Aggregatzustände von flüssig-gasförmig und gasförmig-flüssig.

Absorptionswärmepumpe:

Die Absorptionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Reaktionswärme bei Mischung zweier Flüssigkeiten bzw. Gase. Sie verfügt über einen Lösungsmittelkreis und einen Kältemittelkreis. Das Lösungsmittel wird im Kältemittel wiederholt gelöst bzw. ausgetrieben.

Adsorptionswärmepumpe:

Die Adsorptionswärmepumpe arbeitet mit einem festen Lösungsmittel, dem "Adsorbens", an dem das Kältemittel ad- bzw. desorbiert wird. Dem Prozess wird Wärme bei der Desorption zugeführt und bei der Adsorption entnommen. Da das Adsorbens nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, kann der Prozess nur diskontinuierlich ablaufen, indem zwischen Ad- und Desorption zyklisch gewechselt wird.

Energiegewinnung

Es gibt unter anderem folgende Systeme zur Energiegewinnung bei einer Wärmepumpe:

Wärmequelle Erde:

Die Erdsonde:

Bei der Erdsonde wird die Energie aus dem inneren des Erdreiches gewonnen. Dazu wird eine Bohrung für die Erdsonde vorgenommen. Diese ist je nach geologischer Lage der Bohrung unterschiedlich. Die Tiefe der Bohrung kann bis zu 100m betragen.

Die Bohrkosten belaufen sich je nach geologischer Beschaffenheit des Bodens auf 30-50 Euro/m.

Folgendes müssen Sie für die Bohrung beachten:

  • Bohrungen sind genehmigungspflichtig. In Deutschland muss eine wasserrechtliche Erlaubnis eingeholt werden. Für eine Bohrtiefe bis 100m ist das Wasser-Wirtschaftsamt zuständig. Tiefergehende Bohrungen müssen zusätzlich durch das zuständige Bergbauamt genehmigt werden.
  • Für die Bohrung sollte ein Geologe und eine dementsprechende Fachfirma aufgesucht werden. Mit dieser Firma kann dann vertraglich eine Entnahmeleistungsgarantie vereinbart werden.
  • Für die Planung und den Einsatz für eine Erdsonden müssen Sie die Bodenbeschaffenheit, die Schichtenfolge, den Bodenwiderstand und das Vorhandensein von Grund- oder Schichtenwasser mit Wasserstandsbestimmung und Fließrichtung kennen.

Bei der Erdsonde hat man folgende Wärmeentzugsleistungen aus dem Erdreich:

  • Trockener Kies, Sand: <20 W/m
  • Feuchter Ton, Lehm: 30-40 W/m
  • Basische Magmatite: 35-55 W/m
  • Massiver Kalkstein:45-60 W/m
  • Feuchter Kies, Sand: 55-65 W/m
  • Sandstein: 55-65 W/m
  • Gneis: 60-70 W/m
  • Saure Magmatite: 55-70 W/m

Der Erd- bzw. Flächenkollektor:

Hier wird ein Solerohr in horizontaler Lage im Erdreich ausgelegt. Die Tiefe der Erdkollektorrohre beträgt ca. 1,5m. Dadurch ist eine frostsichere Verlegung und eine ausreichende Tiefe zur Gewinnung der Erdwärmen gewährleistet.

Man sollte darauf achten, dass im Bereich des Solerohrs keine tief wurzelnden Pflanzen gepflanzt werden.

Die Regeneration des "entwärmten" Erdreiches erfolgt im Frühjahr und Sommer. Hier heizt die Sonneneinstrahlung das Erdreich wieder auf. Daher sollten die Flächen über den Erd- bzw. Flächenkollektoren nicht bebaut werden.

Die nutzbare Wärmemenge des Erdreiches hängt stark von den Eigenschaften des Erdreiches und von der Einstrahlungsenergie ab. Für die Erdreicheigenschaften ist vor allem der Wasseranteil, die Größe der Luftgefüllten Poren und die Anteile an mineralischen Bestandteilen verantwortlich.

D.h. die Speichereigenschaften und die Wärmeleitfähigkeit sind größer wenn, ...

  • der Boden mit Wasser angereichert ist
  • ein hoher Anteil an mineralischen Bestandteile vorhanden ist
  • die Porenanteile gering sind

Daher ergibt sich folgende Entzugsleistung (10-35 W/m²) aus dem Erdreich:

  • Trockener sandiger Boden: 10-15 W/m²
  • Feuchter sandiger Boden: 15-20 W/m²
  • Trockener lehmiger Boden: 20-25 W/m²
  • Feuchter lehmiger Boden: 25-30 W/m²
  • Grundwasserführender Boden: 30-35 W/m²

Wärmequelle Wasser:

Grundwasser hat eine konstante Temperatur von 7-12°C. Hier wird durch einen Brunnen das Grundwasser zur Wärmepumpe gepumpt, dort abgekühlt und anschließend über einen Schluckbrunnen zurückgeführt.

Folgendes müssen Sie für eine Grundwasserwärmepumpe beachten:

  • Wasserqualität muss den Grenzwerten des Wärmepumpenherstellers entsprechen. Auch für die Nutzung von Grund-/Oberflächenwasser muss eine Genehmigung der dementsprechenden Behörde eingeholt werden. (meistens Wasser-Wirtschaftsamt)

Wärmequelle Luft:

Außenluft:

Den geringsten Aufwand zur Erschließung einer Wärmequelle ist die Außenluft. Hier wird die Luft über einen Kanal angesaugt, im Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlt und danach wieder an die Umgebung abgegeben. Der Luft kann noch bis zu einer Außentemperatur von -20°C Wärme entzogen werden. Der Wärmebedarf kann hier jedoch nicht mehr gedeckt werden. Hier wird dann eine elektrische Begleitheizung benötigt, um die gewünschten Temperaturen zu erzielen.

Abluft:

Wärmepumpen, die Abluft als Wärmequellen nutzen, werden hauptsächlich in Passivhäusern eingesetzt. Hier wird die Wärmepumpe in Verbindung mit einer kontrollierten Wohnraumlüftung eingesetzt. Hier nutzt die Wärmepumpe die Restwärme der Abluft aus den Wohnräumen. Auch hier wird zur Deckung des restlichen Wärmebedarfs eine elektrische Begleitheizung benötigt.