WärmepumpeWärmepumpe

Physischer Vortrag von Emil Physischer Vortrag von Emil ArdiansyahArdiansyah

Studienkolleg NordhausenStudienkolleg Nordhausen

Inhalt des ReferatesInhalt des Referates1.1. DefinitionDefinition2.2. GeschichteGeschichte3.3. GesamtsystemGesamtsystem4.4. WärmequellenWärmequellen5.5. VideoVideo6.6. Bauartengegenüberstellung pro/contraBauartengegenüberstellung pro/contra7.7. Erdwärmequellenanlagen (Bauarten)Erdwärmequellenanlagen (Bauarten)8.8. Der KreisprozessDer Kreisprozess9.9. Temperatur- und Druckänderung im KreislaufTemperatur- und Druckänderung im Kreislauf10.10.4 Komponenten der Wärmepumpe4 Komponenten der Wärmepumpe11.11.WärmenutzungsanlageWärmenutzungsanlage12.12.Die Leistungszahl/COPDie Leistungszahl/COP13.13.Die Wärmepumpe als das Heizsystem der ZukunftDie Wärmepumpe als das Heizsystem der Zukunft14.14.QuellenangabenQuellenangaben

Wärmepumpen sind verfahrenstechnische Wärmepumpen sind verfahrenstechnische Energisysteme, die wärme von einem Energisysteme, die wärme von einem niedriegeren auf ein höheres Temperaturniveaus niedriegeren auf ein höheres Temperaturniveaus heben/pumpenheben/pumpen

Funktionsprinzip ähnlich wie KühlschrankFunktionsprinzip ähnlich wie Kühlschrank Kühlschrank entzieht dem Innenraum die WärmeKühlschrank entzieht dem Innenraum die Wärme Pumpe entzieht dem Außenbereich Wärme, gibt Pumpe entzieht dem Außenbereich Wärme, gibt

sie nach innen weiter (umgekehrt)sie nach innen weiter (umgekehrt) 75% kostenlose Umweltwärme + 25% 75% kostenlose Umweltwärme + 25%

AntriebsenergieAntriebsenergie Kann auch als Kühlung genutzt werdenKann auch als Kühlung genutzt werden

1. Definition1. Definition

18241824 veröffentlichte der Franzose Carnot Grundsätze zur  veröffentlichte der Franzose Carnot Grundsätze zur Wärmepumpe.Wärmepumpe.

18551855 errichtete und betrieb er nach einem Entwurf von  errichtete und betrieb er nach einem Entwurf von Peter Ritter von Rittinger die Saline Ebensee, Peter Ritter von Rittinger die Saline Ebensee, Oberösterreich, eine wirtschaftliche Soleverdampfung Oberösterreich, eine wirtschaftliche Soleverdampfung nach dem Funktionsprinzip eines Kühlschranks.nach dem Funktionsprinzip eines Kühlschranks.

1860–18701860–1870 wurden Kompressionskältemaschinen und  wurden Kompressionskältemaschinen und Absorptionskältemaschinen intensiv erforscht. Absorptionskältemaschinen intensiv erforscht. 

19451945 Die erste erdgekoppelte Wärmepumpe ging in den  Die erste erdgekoppelte Wärmepumpe ging in den USA in Betrieb.USA in Betrieb.19691969 nahm Klemens Oskar Waterkotte die erste  nahm Klemens Oskar Waterkotte die erste Erdwärmepumpe in Deutschland in Betrieb.Erdwärmepumpe in Deutschland in Betrieb.

2. Geschichte2. Geschichte

3.1 Gesamtsystem3.1 Gesamtsystem

Wärmequellenanlage Wärmequellenanlage z.B. Erdwärmesondez.B. Erdwärmesonde

WärmepumpeWärmepumpe WärmenutzungsanlageWärmenutzungsanlage, die Heizung, die Heizung

3.2 Die Bauteile und 3.2 Die Bauteile und Kreislauf Kreislauf

4. Wärmequellen4. Wärmequellen LuftLuft ErdkollektorErdkollektor

ErdwärmesondeErdwärmesonde GrundwasserGrundwasser

5. Wärmepumpen Video

http://www.youtube.com/http://www.youtube.com/watch?v=ZSVI5lekE44watch?v=ZSVI5lekE44

6.1 Erdwärmesonde6.1 Erdwärmesonde

Vertikale ErdwärmesondeVertikale Erdwärmesonde Geringer PlatzbedarfGeringer Platzbedarf Bohrtiefe bei Einfamilienhäusern ca. 100mBohrtiefe bei Einfamilienhäusern ca. 100m Im Winter passive Im Winter passive

Kühlung möglichKühlung möglich Arbeitsmedium SoleArbeitsmedium Sole

6.2 Erdkollektor6.2 Erdkollektor

Waagerechtes großflächiges RohrsystemWaagerechtes großflächiges Rohrsystem Verlegung unterhalb der Frostgrenze 1-1.5mVerlegung unterhalb der Frostgrenze 1-1.5m 200-250m² Kollektorenfläche für Einfamilienhaus200-250m² Kollektorenfläche für Einfamilienhaus Fläche kann nicht Fläche kann nicht

bebaut werden, dabebaut werden, dader Boden Regen der Boden Regen und Sonnenstrahlenund Sonnenstrahlenaufnehmen mussaufnehmen muss

6.3 Wärmequelle 6.3 Wärmequelle GrundwasserGrundwasser

Wasser wird über Förderpumpe angepumptWasser wird über Förderpumpe angepumpt Zurück über SchluckbrunnenZurück über Schluckbrunnen Im Sommer passive Kühlung möglichIm Sommer passive Kühlung möglich Hoher Planungsauf-Hoher Planungsauf-

wand, Hilfsenergiewand, Hilfsenergiedurch Pumpendurch Pumpen

Lohnenswert eher für Lohnenswert eher für große Objekte mit hohemgroße Objekte mit hohemHeiz- und KühlbedarfHeiz- und Kühlbedarf

6.4 Wärmequelle 6.4 Wärmequelle LuftLuft Einfacher Anschluss, fast überall möglichEinfacher Anschluss, fast überall möglich Keine Bohrungen nötigKeine Bohrungen nötig Öftere Anwendung bei AltbausanierungenÖftere Anwendung bei Altbausanierungen Im Winter weniger Im Winter weniger

Effizient da keineEffizient da keinekonstanten Temp.konstanten Temp.

Höherer Stromver-Höherer Stromver-brauchbrauch

Durch geringeren Durch geringeren Bauaufwand Kosten-Bauaufwand Kosten-ersparnisersparnis

7. Bauartengegenüberstellung7. BauartengegenüberstellungVor Vor – bzw – bzw NachteileNachteile

ErdreichErdreich GrundwasserGrundwasser LuftLuft

ErdsondeErdsonde Flächen-Flächen-kollektorkollektor FörderpumpeFörderpumpe Außenluft-Außenluft-

anlageanlage- Geringer - Geringer PlatzbedarfPlatzbedarf- Konstante - Konstante Temp.Temp.

- Günstiger in- Günstiger in AnschaffungAnschaffung als Erdsondeals Erdsonde

- konst. Temp.- konst. Temp. - Kann nahezu- Kann nahezu überall genutztüberall genutzt werdenwerden- Keine- Keine ErdaushebungErdaushebung

- Hoher - Hoher Planungsaufwand Planungsaufwand - Hohe - Hohe InvestitionskostenInvestitionskosten

- Erdreich- - Erdreich- aushebungaushebung

- Hilfsenergie - Hilfsenergie durch Pumpendurch Pumpen- Lohnenswert- Lohnenswert bei gr. Objektenbei gr. Objekten

- Niedrige Temp.- Niedrige Temp. im Winterim Winter- Höhere Heizkost.- Höhere Heizkost.

8. Der Kreisprozess8. Der KreisprozessDer wesentliche Prozess der Wärmepumpe Der wesentliche Prozess der Wärmepumpe besteht darin, dass ein Arbeitsmedium besteht darin, dass ein Arbeitsmedium (Kältemittel) in einem ständigen Kreislauf (Kältemittel) in einem ständigen Kreislauf seinen Aggregatzustand (flüssig bzw. seinen Aggregatzustand (flüssig bzw. gasförmig) ändert und Wärme aufnimmt gasförmig) ändert und Wärme aufnimmt bzw. abgibt. bzw. abgibt. Der Wärmepumpen-Der Wärmepumpen-Kreisprozess folgt im wesentlichen Kreisprozess folgt im wesentlichen dem Carnot – Prozess.dem Carnot – Prozess.

9. Temperatur- und Druckänderung9. Temperatur- und Druckänderungim Kreislaufim Kreislauf

10. 1. Verdampfer10. 1. Verdampfer

Arbeitsmedium (Kältemittel)Arbeitsmedium (Kältemittel)verdampftverdampft

Entzieht so der Umwelt WärmeEntzieht so der Umwelt Wärme Umgebungstemperatur kann Umgebungstemperatur kann

durchaus -15°C betragendurchaus -15°C betragen

10.2. Verdichter10.2. Verdichter

Verdampftes Kältemittel wird Verdampftes Kältemittel wird angesaugtangesaugt

Dampf wird verdichtetDampf wird verdichtet Somit steigen Druck und Somit steigen Druck und

Temperatur des MediumsTemperatur des Mediums

10.3. Verflüssiger10.3. Verflüssiger

Das gasförmige Arbeitsmedium gelangt Das gasförmige Arbeitsmedium gelangt in den Verflüssigerin den Verflüssiger

Umgeben vom kälteren Heiz- Umgeben vom kälteren Heiz- wasser (Wärmetauscher)wasser (Wärmetauscher)

Arbeitsmedium kühlt ab und Arbeitsmedium kühlt ab und verflüssigt sichverflüssigt sich

Heizwasser wird erwärmt, da Heizwasser wird erwärmt, da es kälter ist als das Arbeitsmediumes kälter ist als das Arbeitsmedium

10.4. Expansionsventil10.4. Expansionsventil

Arbeitsmedium entspanntArbeitsmedium entspannt Hoher Druck -> niedriger DruckHoher Druck -> niedriger Druck Gelangt von dort wieder in denGelangt von dort wieder in den

VerdampferVerdampfer

Vorlauftemperatur soll möglichst niedrig Vorlauftemperatur soll möglichst niedrig seinsein

Optimal geeignet sind Flächenheizsysteme Optimal geeignet sind Flächenheizsysteme wie Fußboden- oder Wandheizungen bei ca. wie Fußboden- oder Wandheizungen bei ca. 35°C35°C

Radiatoren müssen auf max. 45°-50°C Radiatoren müssen auf max. 45°-50°C ausgelegt ausgelegt werdenwerden

Je niedriger die Vorlauftemperatur, umso Je niedriger die Vorlauftemperatur, umso besser besser ist die Leistungszahl/COPist die Leistungszahl/COP

11.1 Die 11.1 Die WärmeverteilungWärmeverteilung

11.2. 11.2. WärmenutzungsanlageWärmenutzungsanlage

Fußbodenheizung da geringe Fußbodenheizung da geringe VorwärmeVorwärme

Altbau benötigte Vorlauftemp.: 55°CAltbau benötigte Vorlauftemp.: 55°C Neubau benötigte Vorlauftemp.: 35°CNeubau benötigte Vorlauftemp.: 35°C Monovalent und Bivalent einsetzbarMonovalent und Bivalent einsetzbar zB Gas- , Öl- oder SolaranlagenzB Gas- , Öl- oder Solaranlagen

12. 1. Die Leistungszahl/ 12. 1. Die Leistungszahl/ COPCOP

Je niedriger die Vorlauftemperatur & Je niedriger die Vorlauftemperatur & je höher die je höher die Wärmequellentemperatur, umso Wärmequellentemperatur, umso besser ist die besser ist die Leistungszahl/ Leistungszahl/ COP(Coefficient of Performance )COP(Coefficient of Performance )

12.2. 12.2. BeispieleBeispiele Für eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde Für eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde

(Verdampfungstemperatur T kalt= 273 K, etwa (Verdampfungstemperatur T kalt= 273 K, etwa 0 °C) und Fußbodenheizung (T warm = 308 K, 0 °C) und Fußbodenheizung (T warm = 308 K, etwa 35 °C Vorlauftemperatur) errechnet man etwa 35 °C Vorlauftemperatur) errechnet man beispielsweise:beispielsweise:

Wenn an dem gleichen Wärmepumpenkreislauf Wenn an dem gleichen Wärmepumpenkreislauf eine Radiatorenheizung mit 55 °C (T warm = 328 eine Radiatorenheizung mit 55 °C (T warm = 328 K) Vorlauftemperatur (Verdampfungstemperatur K) Vorlauftemperatur (Verdampfungstemperatur 0 °C) angeschlossen wird, ergibt sich eine 0 °C) angeschlossen wird, ergibt sich eine deutlich niedrigere Leistungszahl:deutlich niedrigere Leistungszahl:

Nutzung kostenloser UmweltenergieNutzung kostenloser Umweltenergie Einsparung von PrimärenergieEinsparung von Primärenergie Kamin u. Brennstofflager entfallenKamin u. Brennstofflager entfallen Keine Vorfinanzierung von BrennstoffKeine Vorfinanzierung von Brennstoff Komfortable HeiztechnikKomfortable Heiztechnik einfache Bedienungeinfache Bedienung Jederzeit und überall einsetzbarJederzeit und überall einsetzbar Reduzierung von Schadstoffen und CO2 AusstoßReduzierung von Schadstoffen und CO2 Ausstoß Vor Ort emissionsfreiVor Ort emissionsfrei

13. Die Wärmepumpe als13. Die Wärmepumpe alsDas Heizsystem der Das Heizsystem der

ZukunftZukunft

14. Quellenangaben14. Quellenangaben Energieressourcen schonen, Referat von Daniel N. FOS – Energieressourcen schonen, Referat von Daniel N. FOS –

Technik 10/11Technik 10/11 http://www.umweltundtechnik.de/index.php?id=170http://www.umweltundtechnik.de/index.php?id=170 http://www.ochsner.de/die-waermepumpe/funktionsweise/http://www.ochsner.de/die-waermepumpe/funktionsweise/ http://www.weishaupt.de/mainAktion/mnAktion5/http://www.weishaupt.de/mainAktion/mnAktion5/

index.html/media?film=http://www.energiespar-center.info/index.html/media?film=http://www.energiespar-center.info/media/wwp-tech_de.wmv&width=350&height=331media/wwp-tech_de.wmv&width=350&height=331

http://www.effiziento.de/erdwaermepumpe.htmlhttp://www.effiziento.de/erdwaermepumpe.html http://de.wikipedia.org/wiki/Carl_von_Linde#Linde-Verfahrenhttp://de.wikipedia.org/wiki/Carl_von_Linde#Linde-Verfahren http://www.ekrenn.com/Pages/de/Produkte/http://www.ekrenn.com/Pages/de/Produkte/

Waermepumpen/Waermepumpen.aspxWaermepumpen/Waermepumpen.aspx http://www.so-geht-s.de/startseite/heizung/waermepumpe/ http://www.so-geht-s.de/startseite/heizung/waermepumpe/

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