Geothermie » Wärmepumpen-Marktplatz NRW

progres.nrw fördert jetzt auch Erdwärmepumpen.
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progres.nrw-Markteinführung fördert Erdwärmeheizungen

Leitfaden WärmepumpeKombination von Wärmepumpe und Photovoltaik

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Information

Technik der Wärmepumpe

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Wie auch bei Ihrem Kühlschrank oder der Klimaanlage im Auto, zirkuliert ein Kältemittel (heute frei von ozonschädigen FCKWs) in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser besteht im Wesentlichen aus zwei Wärmetauschern, einem Verdichter sowie einem elektronischen Expansionsventil. Während dem Innenraum des Kühlschranks und des Autos Wärme entzogen und nach außen abgeführt wird, funktioniert die Wärmepumpe genau umgekehrt: Der Umwelt (Luft, Erdwärme oder Grundwasser) wird Wärme entzogen und Ihrem Haus zugeführt. Bei der Effizienz ist die Wärmepumpe dabei jeder Kältemaschine überlegen, denn: Die Wärmeenergie, die durch die zugeführte elektrische Antriebsenergie im Verdichter entsteht, kann zusätzlich genutzt werden, während sie zu Kühlzwecken abgeführt werden muss.

Der Kreisprozess einer Wärmepumpe
Der Kreisprozess einer Wärmepumpe

Der Kreisprozess einer Wärmepumpe kann in vier Schritten beschrieben werden

  • Entspannen: flüssiges Kältemittel wird durch das Expansionsventil von einem hohen auf einen niedrigen Druck entspannt und kühlt sich dabei ab.
  • Verdampfen: da der Kondensationsdruck unterschritten wurde, geht das Kältemittel vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über, es verdampft. Dazu entzieht es über den Verdampfer seiner Umgebung Wärme und speichert diese.
  • Verdichten: ein Verdichter saugt das gasförmige Kältemittel an und komprimiert es auf den höheren Druck, der vor dem Expansionsventil herrscht. Dabei erhöht sich die Temperatur.
  • Verflüssigen: das Kältemittel verflüssigt sich wieder, weil durch die Verdichtung der Kondensationsdruck überschritten wurde. Die Wärme, die es beim Verdampfen aufgenommen hat, gibt es an den zweiten Wärmetauscher auf der Heizungsseite ab.

Die Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Grafik: Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Grafik: Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die beste energetische Ausbeute bieten Wasser/Wasser-Wärmepumpen. Bei diesem Konzept nutzt man das Grundwasser zur Energiegewinnung. Da Grundwasser mit nahezu konstanter Temperatur zur Verfügung steht, ist dieses System besonders wirtschaftlich. Zur Nutzung von Grundwasser als Energieträger sind mindestens zwei Brunnen erforderlich. Aus einem Brunnen, dem Förderbrunnen, wird das Wasser entnommen, das von der Wärmepumpe abgekühlt wird. Über einen zweiten Brunnen, Schluckbrunnen, wird das abgekühlte Wasser wieder dem Grundwasser zugeführt. Dieses Versorgungskonzept wird seit über 60 Jahren eingesetzt. Es zeichnet sich durch seine hohe Wirtschaftlichkeit aus und ist deshalb besonders umweltfreundlich.

Die Sole/Wasser-Wärmepumpe

Grafik: Die Sole-Wasser-Wärmepumpe
Grafik: Die Sole-Wasser-Wärmepumpe
Die Nutzung von Erdwärme bietet dem Anwender einer Wärmepumpe den unschätzbaren Vorteil der zuverlässigen Betriebsweise. Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe ist also effizienter als eine Luft/Wasser-Wärmepumpe und benötigt als Wärmequelle eine Erdsonde die bis zu einer Tiefe von 100 m gebohrt wird oder einen Flächenkollektor der in einer Tiefe von 1,50 m verlegt wird oder Spiralkollektoren, die bis zu einer Tiefe von 6 m ins Erdreich eingebracht werden. Die Sole/Wasser-Wärmepumpe ist nicht nur in der Lage ein Haus kostengünstig zu heizen, sondern bietet ebenso die Möglichkeit der Kühlung durch einen eingebauten umschaltbaren Kältekreis.

Die Luft/Wasser-Wärmepumpe

Grafik: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe
Grafik: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe
Bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe wird Umgebungsluft als Energiequelle genutzt. Da der Energiegehalt der Luft geringer als z.B. der von Wasser ist, müssen größere Mengen an Luft mit dem Verdampfer in Kontakt gebracht werden. Das wird mit entsprechend großen Ventilatoren und großen Wärmetauscherflächen realisiert. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen unterscheidet man Geräte, die außen bzw. innen aufgestellt werden.

Die Luft/Luft-Wärmepumpe

Grafik: Die Luft-Luft-Wärmepumpe
Bild: Rainer Weißflog
Grafik: Die Luft-Luft-Wärmepumpe
Bild: Rainer Weißflog
Die Abluft aus Gebäuden ist energiereich und eignet sich ebenfalls als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Ein Einsatzbereich ergibt sich in Lüftungsgeräten mit Wärmerückgewinnung, z.B. in der Wohnungslüftung. Diese Geräte werden als Luft/Luft-Wärmepumpen bezeichnet. Hierbei wird die in der Abluft enthaltene Wärme von der Wärmepumpe -auch in Kombination mit Wärmetauschern- zur Erwärmung der Frischluft genutzt. Einige Hersteller bieten Geräte an, bei denen der Kältekreis der Wärmepumpe zusätzlich umschaltbar ist. Diese Geräte versorgen die Gebäude im Sommer mit gekühlter Frischluft und können dadurch den Wohnkomfort noch deutlich steigern.

Herr Sven Kersten
Leiter Wärmepumpen-Marktplatz NRW, Netzwerk Geothermie
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 8664218
Mobil: 0160 97281056
kersten@energieagentur.nrw

Sie erreichen die EnergieAgentur.NRW außerdem werktags von 8 bis 18 Uhr über die Hotline unter 0211 - 8371930.