Wärmepumpen, egal ob Luft/Wasser oder Geo/Wasser, funktionieren wie Klimaanlagen. - Der Unterschied: das Kältemittel läuft im Kreis anderst herum.

Sehen Sie dazu unsere Animation:

 

Erläuterung - Heizmodus:

  1. Der Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel auf eine Temperatur, die 5-10°C oberhalb der gewünschten Vorlauftemperatur des Wassers liegt. Durch die Verdichtung erfolgt automatisch eine damit einhergehende Erhitzung, die physikalisch bedingt ist. Wir kennen das Prinzip von der Fahrrad-Luftpumpe. Mit schnellem Pumpen wird auch die Luftpumpe heiss. Damit dieser Effekt funktionieren kann, muß das Kältemittel 100% gasförmig vor dem Kompressor vorliegen.
  2. Im Wärmetauscher gibt das Kältemittel seine Wärme an das umströmende Wasser ab. Das Kältemittel verflüssigt sich dabei und liegt am Austritt des Wärmetauschers in flüssiger Form und immer noch bei dem hohen Druck, hier in der Animation 27 bar, vor.
  3. Im nachfolgenden Expansionsventil wird das Kältemittel durch eine sehr kleine Düse gepresst. Dabei "entspannt" sich das Kältemittel, d.h. der Druck fällt rapide ab. In unserer Animation auf 5 bar. Dieser "Saugdruck " orientiert sich an der Außentemperatur und läßt sich individuell einstellen. Da auch hier der Druck des Kältemittels 1:1 mit seiner Temperatur einher geht, wird eine Temperatur des Kältemittels angestrebt, die ca.5 bis 10°C unterhalb der Außentemperatur liegt. Erst dann kann die "wärmere" Außenluft das "kältere" Kältemittel erwärmen und wieder komplett in ein Gas umwandeln, das für die nachfolgende erneute Kompression benötigt wird. In unserem Beispiel liegt die Außentemperatur bei 0°C. Das Kältemittell soll beim Eintritt in den Kondenser also -9°C haben. Das bedeutet für das gewählte Kältemittel einen Druck von 5 bar, der über das Expansionsventil eingestellt wird.
  4. Ob nun die Luft oder die Wärme aus dem Boden das Kältemittel erhitzen, ist egal. Bei dem ersteren handelt es sich um eine Luft/Wasser Wärmepumpe, beim letzteren um eine Geo-Wärmepumpe. Aber in beiden Fällen ist das Kreislaufprinzip das Gleiche.
  5. Das Kältemittel liegt nach dem Austritt aus dem Kodenser wieder komplett in gasförmiger Form vor und das ganze Spiel beginnt von vorn.
  6. Je nach Kältemittel ändern sich die Druck/Temperatur Parameter, doch der Kreislauf bleibt der Gleiche.
  7. In der Realität befinden sich noch eine Reihe weiterer Komponenten in der Anlage, die verschiedene Funktionen ausführen, hier für das Grundprinzip aber keine Rolle spielen.

Erläuterung - Kühlmodus:

  1. Die Wärmepumpe verwendet im Kühlen die gleichen Komponenten wie beim Heizen. Jetzt werden allerdings Wärmetauscher und Kondenser "anderst herum" durchlaufen.
  2. Der Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel auf eine Temperatur, die 5-10°C oberhalb der Außentemperatur liegt. Erst dann kann das Kältemittel im nachfolgenden Kondenser ausreichend abgekühlt und verflüssigt werden. In unserem Beispiel bei einer Außentemperatur von 35°C muß das Kältemittel also auf 45°C erhitzt werden. Das bedingt einen Druck von 27 bar im Kältemittel.
  3. Das 4-Wege Ventil schaltet um. Das Kältemittel wird vom Kompressor zum Kondenser weitergeleitet und nicht mehr zum Wärmetauscher wie bisher im Heizmodus.
  4. Das Kältemittel fließ zum Kondenser und wird dort durch die Luft abgekühlt, wobei sich das Kältemittel komplett verflüssigt.
  5. Im nachfolgenden Expansionsventil wird das Kältemittel wieder durch eine sehr kleine Düse gepresst. Diesmal jeder von der anderen Seite. Dabei "entspannt" sich das Kältemittel, d.h. der Druck fällt rapide ab. In unserer Animation auf 8 bar. Dieser "Saugdruck " orientiert sich an der angestrebten Vorlauftemperatur des Wassers und läßt sich individuell einstellen. In unserem Beispiel soll die Vorlauftemperatur 7°C betragen. Mit einem Temperaturunterschied von 5°C ergibt sich eine Temperatur von 7°C - 5°C = 2°C, die das Kältemittel im Wärmetauscher haben soll.
  6. Im Wärmetauscher verdampft das Kältemittel komplett, zieht dabei die Wärme aus dem umströmenden Wasser, womit sich das Wasser abkühlt. Daher werden diese Klimaanlagen bzw. Wärmepumpen auch "Verdampfungs-" Anlagen genannt. Es gibt noch eine Reihe anderer Prinzipien zur Kälteerzeugung, jedoch machen diese Kompressionsanlagen fast 95% des gesamten Marktes aus.
  7. Das Kältemittel liegt nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher wieder komplett in gasförmiger Form vor und das ganze Spiel beginnt von vorn.
  8. Der einzige Unterschied zwischen Klimaanlage und Wärmepumpe ist das Vorhandensein eines 4-Wege Ventils und die Änderung der Kreislaufrichtung
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