Wie werden Wärmepumpen betrieben?

Den meisten Hausbesitzern fällt es schwer, die passende Heiztechnik für das Aufheizen vom eigenen Zuhause zu finden. Die Wärmepumpe stellt dabei eine zukunftsfähige Alternative zu unsicheren Brennstoffen dar, denn sie vereint Heizkostenersparnisse und umweltschonende Wärmeerzeugung. Denn die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie aus Luft, Wasser und Erdreich, kann über einen technischen Prozess genutzt werden, um das Gebäude zu beheizen. Somit kann mithilfe der Wärmepumpe die Wärmewende in Deutschland gestaltet werden. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe, welche Arten gibt es und wie genau können wir die regenerativen Energiequellen nutzbar machen?

Verschiedene Betriebsweisen einer Wärmepumpe

Es gibt viele unterschiedliche Betriebsweisen einer Wärmepumpe:

Monovalent

Bei einer monovalent betriebenen Wärmepumpe werden 100 Prozent der benötigten Wärmeenergie durch die Wärmepumpe bereitgestellt. Hierbei wird kein zusätzlicher Wärmeerzeuger, wie ein Elektroheizstab oder ein anderes Heizsystem genutzt.

Monoenergetisch

Bei einem monoenergetischen Betrieb steht ein Primärenergieträger zur Verfügung, was bei der Wärmepumpe Strom wäre. Dabei wird 100 Prozent unserer benötigten Wärmeenergie durch Strom zur Verfügung gestellt, entweder über den Verdichterkreis in einer Wärmepumpe oder durch einen Elektroheizstab.

Bivalent

Bei einer bivalenten Betriebsweise hat man zwei Wärmeerzeuger. Ein Gasbrennwertgerät kann zum Beispiel so einen zweiten Wärmeerzeuger darstellen. Da hier mit Strom und Gas verschiedene Energieträger zum Einsatz kommen, wird dieses System meistens auch Hybridanlage genannt. Eine andere Alternative ist die Nutzung einer Wärmepumpe mit ihrem Kältekreis und einem zusätzlichen Elektroheizstab. Für den Betrieb dieses bivalenten Heizsystems gibt es verschiedene Arten:

Es gibt den bivalent parallelen Betrieb, bei dem die Wärmepumpe erst ab einem gewissen Punkt, den meist auf -5 Grad ausgelegten Bivalenzpunkt, einen zweiten Wärmeerzeuger hinzuschaltet und bei der Wärmeerzeugung unterstützt. Eine andere Betriebsart ist die bivalent alternative, bei der die Wärmepumpe die Versorgung bis zum Bivalenzpunkt sicherstellt und diese dann komplett an ein anderes Heizsystem übergibt. Die Wärmepumpe ist dann abgeschaltet und zum Beispiel ein Gasbrennwertgerät übernimmt dann 100 Prozent der benötigten Leistung. Eine dritte Art ist die bivalent teilparallele Fahrweise, dabei läuft die Wärmepumpe wieder bis zu einem gewissen Bivalenzpunkt und schaltet dann einen zusätzlichen Wärmeerzeuger parallel dazu, welches zu einem weiteren Bivalenzpunkt unterstützt. Wenn auch dieser überschritten wird, schaltet sich die Wärmepumpe ab und die Wärmeerzeugung wird durch den zweiten Wärmeerzeuger alleine geleistet. Die verschiedenen Bivalenzpunkte sind je nach Anlagendimensionierung und Auslegung unterschiedlich einzustellen.

Reversibel

Eine weitere Betriebsweise stellt der reversible Betrieb dar, welcher wird besonders bei Luftwärmepumpen genutzt wird. Darüber lässt sich der komplette Kältekreis über ein Vierwegeventil umkehren, um das Gebäude im Sommer kühlen zu können oder um eingefrorene Außeneinheiten abzutauen.

Verschiedenen Arten von Wärmepumpen

Wärmepumpen werden danach unterschieden, welche Umweltenergie sie nutzen. Neben den einfacheren Bezeichnungen Erd-, Luft- oder Grundwasser-Wärmepumpe sind die Fachbegriffe Sole-Wasser-, Luft-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpe üblich. Diese Begriffe weisen auf die unterschiedlichen Kreisläufe sowie die genutzte Umweltwärme hin.

Luft-Wasser Wärmepumpe

Eine Luft-Wasser Wärmepumpe entzieht der Umgebungsluft die Wärme und führt sie über einen Kältekreis dem Heizsystem zu. Hierbei gibt es zwei verschiedene Arten:

Die Monoblock Wärmepumpen haben ihren kompletten Kältekreis ab Werk in der Einheit geschlossen und die Wärme wird über ganz normale Rohrleitung in das Gebäude über eine Hydraulikstation geleitet, wo sie dann verteilt wird. Die gesamte Technik, wie zum Beispiel die Verdichter- und Kältekreistechnik und Umwälzpumpen, ist in dieser einen Einheit verbaut. Diese kann auf einem Fundament als komplette Einheit draußen aufgestellt werden. Einige Punkte müssen hier aber beachtet werden, denn es müssen vorgeschriebene Abstände, unter anderem zum Nachbarn, aufgrund des Schallschutzes eingehalten werden und es besteht die Möglichkeit, dass sie an diesem Ort einfrieren kann. Alternativ kann eine Inneneinheit gewählt werde, für die viel Platz im Technikraum und große Luftschächte nach draußen eingeplant werden müssen. Eine Variante dazu ist die Splitanlage, hierbei ist der komplette Kältekreis nicht in der Außeneinheit, sondern aufgeteilt. Um die Kälteleitung zu legen, braucht man keine großen Durchbrüche oder Leitungen, sondern dünne verkleidete Kupferleitungen, die bis zu 25 Meter gelegt werden können. Da dieser nicht hermetisch ab Werk fertig eingerichtet ist, sondern erst vor Ort fertig gestellt werden muss, wird für die Installation ein Kältetechniker benötigt.

Auf die Luft – Luft Wärmepumpe, welche häufig in passiv Häusern ihren Einsatz findet, wird in diesem Beitrag nicht weiter eingegangen, da sie separat behandelt wird.

Sole-Wasser Wärmepumpe

Außerdem gibt es Sole Wasserwärmepumpen, auch hier gibt es verschiedene Varianten. Bei einer Erdwärmepumpe mit einer Erdsonde, werden eine oder mehrere bis zu 100 Meter tiefe Erdsonden gebohrt. In der Tiefe herrschen das ganze Jahr über die gleichen Temperaturen, die als Wärmequelle genutzt werden können. Diese Art von Wärmepumpen ist deutlich effizienter als Luftwärmepumpen.

Eine weitere Variante ist die Erschließung der Wärmequelle Erde mittels Flächenkollektoren. In ein bis zwei Meter Tiefe werden Kunststoffrohre in der Fläche verlegt, etwa 25 Watt lassen sich pro Quadratmeter an Umweltenergie entziehen. Da diese Hauptsächlich durch Sonneneinstrahlung oder Regenwasser zur Verfügung gestellt wird, darf die Fläche nicht versiegelt werden. Ähnliche Varianten gibt es auch als Ringgrabenkollektoren.

Wasser-Wasser Wärmepumpe

Eine ganz andere Art sind die Wasser-Wasser Wärmepumpen, diese verfügen über einen Saug und einen Schluckbrunnen, durch die Grundwasser gefördert wird. Dieses hat eine gleichbleibende Temperatur, die als Energiequelle dient. Über den zweiten Brunnen wird das Wasser wieder zurück in die Erde geleitet.

Weiterführende Informationen Rundum das Thema Wärmepumpen, die unterschiedlichen Arten, die Technik, Funktionsweise des Kältekreises und auch welche Fehlerquellen sind bei Wärmepumpen häufig zeigen, kann man gut in dem Buch „Leitfaden für Wärmepumpen“ erschienen im Fachbuchverlag Recknagel nachlesen.

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