Wäremeerzeuger, Wärmepumpen

Der Begriff Wärmepumpe (Wäremeerzeuger) ist eigentlich irreführend . Diese pumpt keine Wärme sondern verdichtet ein Kältemittel . Mit dieser Verdichter Arbeit kondensiert das Kältemittel  und die  Energie die zur Verdampfung benötigt wurde wird freigesetzt und führt zur einer Temperaturerhöhung des Kältemittels.

Hier die Beschreibung eines Kältekreislaufs

Kältekreislauf – Funktionsweise

Der Kältekreislauf besteht aus Verdampfer, Verdichter und Kondensator und arbeiten mit einer Kühlmittelflüssigkeit, die zwischen den Aggregatzuständen (flüssig und gasförmig) wechselt:

• Verdampfer: Hier wird das Kältemittel verdampft und in den gasförmigen Zustand gebracht. Die benötigte Verdampfungswärme wird dem Medium (beim Kühlschrank das Innere) entzogen. Dadurch entsteht im Medium eine Abkühlung.
• Verdichter: Im Verdichter des Kältekreislaufes wird das gasförmige Kältemittel verdichtet. Dadurch erhöhen sich der Druck und die Temperatur.
• Kondensator: Das Kühlmittel kondensiert und wird wieder flüssig. Es gibt dabei die Kondensationswärme an die Umgebung ab. Bei einem Kühlschrank geschieht dies an der Rückseite in Form von Wärmeabgabe. Bei einer Wärmepumpe wird die Wärme z.B. in einem Kessel gespeichert und für Heizung oder Warmwasser verwendet.

Jetzt ist das Kühlmittel wieder flüssig und der Kreislauf kann im Verdampfer neu beginnen. Zusätzlich kann ein Expansionsventil oder ein Kupferkapillarrohr den Druck des Kühlmittels reduzieren, um so die Wärmeaufnahme-Fähigkeit zu verbessern. Durch die Druckunterschiede innerhalb eines Kältekreislaufes müssen diese bei Wartungsarbeiten auch mittels Druckprüfung untersucht und auf Funktionsfähigkeit geprüft werden. https://www.klimatechniker.net/magazin/wp-content/themes/stargate/assets/svg/logo/klimatechniker.net.svg

Bevor wir uns weiter mit der „ Wärmepumpe „ beschäftigen erst einmal  der geschichtliche Hintergrund  zu diesem  Thema . Viele sind der Meinung , dass die Wärmepumpe eine relativ kurze Geschichte hat da mit der ersten Energiekrise  Anfang der Neunzehnhundertsiebziger Jahre auch die Heizungswärmepumpen einen ersten Hype der Wärmepumpen auslöste.

Die Geschichte der Wärmepumpe (Wäremeerzeuger)

richtiger Kältemaschine begann schon im Neunzehnten Jahrhundert fast zum gleichen Zeitpunkt mit der Entwicklung der Heizkessel.

• 1805 hatte Oliver Evans die Idee einer Kompressionskältemaschine.
• 1834 wurde die erste Kompressionskältemaschine gebaut Er verwendete Äther als Kältemittel, mit dem großen Nachteil, dass die Maschinen hin und wieder explodierten.
• 1859 wurde die erste Absorptions-Kältemaschine von Ferdinand Carré vorgestellt und 7 Jahre später mit Ammoniak in Betrieb genommen.
• 1876 wurde die erste zuverlässige Kompressions-Kältemaschine mit Ammoniak von Carl von Linde entwickelt.
• 1881 wurden die ersten Kühlhäuser mit Kältemaschinen gebaut.
• 1913 wurde in den USA der erste Kühlschrank für den Hausgebrauch verkauft.

Wie Sie erkennen können hat die Kältemaschine eine lange Vergangenheit. Hintergrund dafür , warum Kältemaschinen erst spät  in der Heizungstechnik Eingang fanden , waren die geringen Energiekosten in der Vergangenheit bei gleichzeitig hohen Investitionskosten und auch hohen Wartungskosten der Anlagen. Aus diesem Grund war der Einsatz auf die Verfahrenstechnik , Großlüftungsanlagen , Lebensmittelkühlung etc. beschränkt .

Dies änderte sich im letzten Jahrzehnt gravierend.  Diese Änderungen beruhen auf die sich stark veränderten Energieverbräuche der Wohngebäude im Winter , aber auch der durch die immer dichter werdenden Häuser bedingten Temperaturverläufen der Räume in den Zeiträumen Frühjahr , Sommer und Herbst . Zu guter letzt aber auch die geringer werdenden Herstellkosten der Kältemaschinen .

Wenn Sie sich das Schema von Effizienzhaus Online genauer anschauen sehen  Sie , das die Energieverbräuche für die Beheizung eines Gebäudes seit den sechziger Jahren um über 80% reduziert wurden bedingt durch die immer mehr sich verschärfenden Anforderungsprofile der ENEV und seit 2020 des GEG. Dies wird auch nochmals im Bild des Passivhaus Darmstadt deutlich , dass nicht nur der Energieverbrauch im Bereich Heizung reduziert wurde , sondern in der Gesamtheit der Energieaufwendungen eines Hauses.

Trotz dieser guten Tendenz entstehen aber wieder andere Probleme.

Neubauten und Sanierungen von Altbauten

Die neuen Probleme von Wohnungen und Geschäftsräumen bei Neubauten und Sanierungen von Altbauten sind  nicht mehr die Energiekosten für die Heizung , sondern sich aus der Reduktion der Heizenergie bedingt durch die einzuhaltenden Dämmwerte , sich  ergebenen Überheizungen der Innenräume durch innere und äußere Wärmelasten im Frühjahr , Sommer und Herbst. Das GEG sorgt dafür , dass die Wärme im Winter reduziert nach außen in die Umwelt geht . Dummerweise geht aber die Strahlungswärme der Sonne mit bis zu 400Watt pro m²/h ganzjährig in die Wohnungen und Geschäftsräume und auch die inneren Wärmelasten , wie Menschen , Maschinen , TV , Radio , Waschmaschinen und Kühlschränke tun ihr übriges. Dieses Thema werden wir noch intensiver beleuchtet.

Mit der Reduzierung der verbrauchten Energiemengen haben sich natürlich auch die Energiekosten verringert .Trotzdem ergeben sich immer wieder steigende Kosten für die Energie wie jetzt auch durch verschiedenste Faktoren erlebbar.

Aus diesem Grund hat , zumindest im Wohnungsbau , eine noch stärkere Ausrichtung zur Energieautonomie in Deutschland Einzug gehalten. Das heißt es werden neben Wärmepumpen auch Solarkollektoren(thermisch) und Photovoltaik Anlagen eingesetzt um zumindest in der Energiebilanz Autonom zu sein.

Energiemengen je Einheit

Es muss in den nächsten Jahren  davon ausgegangen werden , dass die verbrauchten Energiemengen je Einheit immer mehr reduziert werden , dass aber gleichzeitig die Kosten pro Energieeinheit  massiv steigen werden. Aus diesem Grund ist es wichtig schon im Vorfeld darüber nachzudenken in welcher Form jeder einzelne hier nicht nur reagiert sondern agiert .

Hier nochmals auf einem Kältemitteldiagram dargestellt wie eine Wärmepumpe arbeitet. Die Wärmepumpe , besser Kältekreislauf besteht aus einem Verdampfer der Wärme aus der Umwelt Aufnimmt und das Kältemittel verdampft . Das Kältemittel durchläuft den Kompressor der innere Druck wird erhöht gleichzeitig erfolgt über die Wärmeabgabe des aufgenommenen Strom des Kompressors eine Überhitzung des Kältemittels. Im Verdampfer wird die Verdampfungsenergie an das Heizungswasser übertragen und das Kältemittel kondensiert . Zu letzt wird der Druck  des Kältemittels über ein Expansionsventil abgebaut und der Prozess kann wieder beginnen.

In dem Schaubild der Firma Vaillant, Remscheid ist dies noch einmal anschaulich mit Drücken und den jeweiligen Temperaturen zu sehen