Wärmepumpen

Wärmepumpen können Umweltenergie aus dem Grundwasser und dem Erdinneren (Erdwärmepumpen) oder der Umgebungsluft (Luftwärmepumpen) gewinnen. 

Herzstück ist der klassische Kältekreislauf: ein Kältemittel entzieht dem Raum Wärme und verdampft, wird durch Verdichtung in einem Kompressor weiter erwärmt und gibt schließlich seine Wärme über einen Kondensator an die Außenluft ab. Beim Heizen läuft es umgekehrt: der Umgebungsluft wird die Wärme entzogen und nach Verdampfung und Verdichtung an die Heizung bzw. einen Pufferspeicher abgegeben. Bei reversiblen Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen kann der thermodynamische Prozess umgekehrt werden: die Änderung der Fließrichtung erfolgt dann über ein Vier-Wege-Ventil.

Kennzahlen für die Leistung einer Wärmepumpe sind die Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl als Mittel eines Jahres. Sie drücken das Verhältnis von erzeugter Kälte- und Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung aus. Wärmepumpen arbeiten besonders wirtschaftlich, wenn die Leistungszahl über 4 liegt. Dies ist nur zu erreichen mit den Vorlauftemperaturen von Flächenkühlungen (16°-18°C) bzw. Flächenheizungen (28°-32°C).

Wärmepumpen werden als Monoblock zur Innen- und Außenaufstellung oder in Splitbauweise mit separater Innen- und Außeneinheit installiert. Während der Monoblock den gesamten Kältekreis enthält, besteht die Split-Wärmepumpe aus einer Inneneinheit mit dem Verflüssiger und einer Außeneinheit, in dem Verdampfer und Verdichter untergebracht sind. 

Wärmepumpe & Eisspeicher

Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Erdwärme über Erdsonden oder Erdkollektoren. Eine weitere Alternative ist der Eisspeicher. 

Ein Eisspeicher ist ein mit Wasser gefüllter Behälter, der oberflächennah im Erdreich versenkt wird und als Wärmespeicher dient. Er bietet die Vorteile einer witterungsunabhängigen Wärmequelle ohne aufwändige Bohrungen und Genehmigungshemmnisse.

Im Eisspeicher befinden sich 2 Wärmetauscher, in denen frostsichere Sole zirkuliert: ein Entzugswärmetauscher zum Vereisen und ein Regenerationswärmetauscher zum Schmelzen des Wassers.

Durch die Wärmepumpe wird dem Eisspeicher die Wärmeenergie des Wassers nach und nach entzogen, bis sich Eis bildet. Die Eisbildung beginnt am Entzugswärmetauscher und setzt sich von innen nach außen fort.

Der Clou: beim Phasenwechsel von flüssig nach fest wird latente Wärme ("Kristallisationswärme") freigesetzt - die gleiche Wärmemenge, die benötigt wird, um Wasser von null auf 80°C zu erhitzen. 

Um dem Behälter wieder Energie zuzuführen, wird das Eis zum Schmelzen gebracht. Dies geschieht mit Hilfe des Regenerationswärmetauschers an der Innenwand des Behälters. Als Wärmequelle dient eine Solarthermieanlage. Zusätzlich gibt das umgebende Erdreich Wärme an den Eisspeicher ab. 

Außerhalb der Heizperiode wird der Eisspeicher zur Kühlung des Gebäudes genutzt. Hierzu wird der Behälter zunächst mit Hilfe der Wärmepumpe komplett vereist und anschließend mit dem Rücklaufwasser der aktiven Kühlflächen wieder zum Schmelzen gebracht. Beim Kühlen ist die Wärmepumpe außer Betrieb  ("natural cooling"). 

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