Wärmepumpe

von: Kai Eiden

Inhaltsverzeichnis

1. Allgemeines 4

2. Funktionsprinzip einer Wärmepumpe 6

2.1 Kennwerte 7
2.2 Einflüsse durch das Kältemittel 8

3. Betriebsweisen 10

3.1 Bivalente Betriebsweisen 10
3.2 Monovalente Betriebsweise 11

4. Wärmequellen 12

4.1 Erdreich 12
4.2 Grundwasser 13
4.3 Umgebungsluft 13

5. Fazit 14

6. Literaturverzeichnis 15

1. Allgemeines

Der Wärmeinhalt der Außenluft, des Erdreichs und des Grundwassers ist auch im Winter noch hoch. Diese Umweltwärme lässt sich aber wegen der niedrigen Temperatur für die Gebäudeheizung oder Trinkwassererwärmung nicht ohne weiteres nutzen. Deshalb muss die Temperatur dieser Umweltenergie mit einer Wärmepumpe angehoben werden.
Eine Wärmepumpe transformiert bereits vorhandene Wärme in einem thermodynamischen Kreislauf auf ein höheres Wärmeniveau. Die vorhandene Wärme kann aus unterschiedlichen Quellen genutzt werden. Die Atmosphäre, Massiv-Absorber und auch die nahe an der Oberfläche liegenden Bodenschichten werden durch eingestrahlte Sonnenenergie erwärmt und können als Wärmequelle zur Verfügung stehen. Die Nutzung der Wärme tieferer Schichten beruht auf dem Zerfall radioaktiver Elemente im Erdinneren und ist dem Bereich der Geothermie zuzuordnen. Die genutzte Wärme aus dem Grundwasser beruht sowohl auf der Sonnenenergie als auch auf der Erdwärme. Weiterhin ist die Nutzung von Abwärme aus gewerblichen/industriellen Produktionsprozessen möglich.
Für die Transformation auf ein höheres Wärmeniveau ist Fremdenergie erforderlich, jedoch ist der Wirkungsgrad der eingesetzten Fremdenergie dadurch besonders hoch, dass die vorhandene Wärme aus der genutzten Wärmequelle kostenlos zur Verfügung steht.

Die besonders günstigen Primärenergie- und CO2-Vermeidungskosten von Wärme-pumpen werden leider heute noch viel zu wenig beachtet. Sie geben an, mit welchem zusätzlichen Kostenaufwand welche Menge an Primärenergie oder CO2 eingespart werden kann. Im Fall der Elektrowärmepumpe liegen diese Vermeidungskosten vergleichsweise niedrig, in vielen Fällen ergeben sich sogar Kosteneinsparungen. Die Wärmepumpe zählt daher zu den wenigen Energiesparmaßnahmen, die sich nach heutigen Investitionen und Tarifen überhaupt rechnen und die den größten Umweltnutzen aufweisen.

In Deutschland entfallen etwa 75 % der benötigten Primärenergie auf den Bereich Raum-wärme. Ca. 36,1 % des Endenergieverbrauchs wird für die Raumheizung aufgewendet (einschließlich der Warmwasserbereitung in Haushalten). Die Wärmeversorgung basiert überwiegend auf der Verbrennung fossiler Rohstoffe, wie z. B. Erdgas und Erdöl, in Heizkesseln. Mit Wärmepumpen lassen sich in Verbindung mit Niedertemperaturheizungen bereits heute höhere exergetische Wirkungsgrade erzielen. Die exergetische Bilanzierung ist deswegen so bedeutungsvoll, da nicht Energie sondern nur deren arbeitsfähiger Anteil, die Exergie, das eigentlich knappe Gut auf der Erde ist. Energie ist (siehe Energieerhaltungssatz) unbegrenzt vorhanden, nur eben größtenteils nicht nutzbar, da sie in Form von Wärme bei Umgebungstemperatur vorliegt und deshalb keine Exergie besitzt. Sie ist also nicht arbeitsfähig. In geringen Exergieverlusten liegt deshalb der Schlüssel zur Schonung der Primärenergieressourcen.

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