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Einsatz von Wärmepumpen - Modernisierung

Im Gebäudebestand gegenüber Neubauten benötigt man höhere Vorlauftemperaturen. Herkömmliche einstufige Kompressions- Wärmepumpen liefern mit den üblichen Kältemitteln Vorlauftemperaturen bis maximal 55 °C. Zu wenig, um mit Radiatoren normaler Größe eine ausreichende Wärmemenge in die Räume zu transportieren. Versucht man, das Kältemittel entsprechend höher zu verdichten, um höhere Vorlauftemperaturen zu bekommen, werden schnell die Grenzen der Kältemittel (Temperatur und Druck) erreicht. Weiterhin fällt zugleich Prozess bedingt die Leistungszahl. Um dennoch Kompressions-Wärmepumpen in der Heizungsmodernisierung wirtschaftlich einsetzen zu können, gibt es zwei weiterentwickelte Kreisprozesse.

Beide erzielen mit den üblichen Kältemitteln Temperaturen über 55 °C bei gleichzeitig guten Leistungszahlen. Eine Möglichkeit, mit den üblichen Kältemitteln höhere Vorlauftemperaturen zu erzielen, ist die so genannte Kaskadenschaltung. Zwei Wärmepumpenkreisläufe werden in einem Aggregat hintereinander geschaltet, in dem man sie durch einen Wärmetauscher thermisch miteinander verbindet. Dieser zentrale Wärmetauscher ist der Verflüssiger der ersten und gleichzeitig der Verdampfer der zweiten Stufe. Die von der ersten Stufe aufgenommene Wärme wird an die „höher“ gelegene zweite Stufe abgegeben und schließlich an das Heizsystem abgeführt. Die zwei Kreisläufe enthalten normalerweise unterschiedliche Kältemittel, beispielsweise R 404 A in der unteren und R 134 A in der oberen Stufe. Bei dieser Anordnung müssen allerdings beide Stufen ständig im Betrieb sein, da nur die erste Stufe Wärme aus der Umwelt aufnehmen kann und nur die zweite Stufe für die Wärmeabgabe an das Heizsystem ausgerüstet ist.


EVI Zyklus

Eine andere technische Lösung, hohe Vorlauftemperaturen mit einem Kältemittel zu erzielen, bietet der modifizierte, einstufige Kältekreis mit Dampfeinspritzung. Bei diesem, auch EVI- Zyklus genannten, Verfahren wird nach dem Verflüssiger bei Bedarf über ein Magnetventil eine geringe Menge des Kältemittels abgezweigt. Dieses flüssige aber unter hohem Druck stehende Kältemittel wird im Expansionsventil auf den Einspritzdruck entspannt und in einem Zusatz-Wärmetauscher verdampft. Vom Zusatz-Wärmetauscher gelangt das dampfförmige Kältemittel zum Verdichter, wo es direkt in den Verdichtungsprozess eingespritzt wird. Eine Wärmepumpe mit EVI- Zyklus arbeitet zunächst wie eine herkömmliche Wärmepumpe. Erst bei hohen Wärmeanforderungen bzw. großen Temperaturhüben bis 65 °C kommt die Dampfeinspritzung zum Einsatz. Durch die Dampfeinspritzung wird dann die Leistung und damit die Leistungszahl im Vergleich zu einem herkömmlichen Kreisprozess deutlich gesteigert. Die elektrische Energie, die der Antrieb des Verdichters erfordert, ist für den Prozess mit EVI erheblich geringer als für einen theoretisch vergleichbaren Verdichter ohne Dampfeinspritzung. Durch den eingespritzten Dampf wird das Kältemittel gekühlt. Der durch die Abkühlung eines Mediums grundsätzlich verursachte Druckabfall wird dabei vollständig durch die Menge des eingespritzten Kältemittels ausgeglichen. Durch die Kühlung kann das Kältemittel stärker verdichtet werden, ohne das zulässige Temperaturniveau im Verdichter zu überschreiten. Dadurch werden bei Eintritt in das „Dampf-Gebiet“ höhere Temperaturen erreicht. Gleichzeitig wird durch das zusätzlich eingespritzte Kältemittel der Massendurchsatz heraufgesetzt, was zu einer größeren Wärmeabgabe an das Heizsystem führt.


Vitocal 350 – Erweiterter Einsatzbereich

Aufgrund der gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen höheren Vorlauftemperatur können auch Heizsysteme mit einer Vorlauftemperatur von 65 °C versorgt werden. Damit besteht die Möglichkeit, Wärmepumpen auch in der Modernisierung einzusetzen. Und zwar auch bei Systemen, die ursprünglich für höhere Vorlauftemperaturen ausgelegt waren. Denn oft wurden die Heizkörper sehr großzügig dimensioniert, und im Rahmen von Modernisierungsmaßnahmen am Gebäude wurden inzwischen Isolierglasfenster eingebaut und Wärmedämmungen angebracht, die den Heizwärmebedarf deutlich gesenkt haben. Deshalb sind, bei Beibehaltung der ursprünglichen Heizflächen, die hohen Vorlauftemperaturen nicht mehr erforderlich und können häufig auf 65 °C gesenkt werden, ohne Komforteinbußen hinnehmen zu müssen. In diesen Fällen kann eine Wärmepumpe mit EVI- Zyklus auch bei Systemen, die ursprünglich auf 90/70 °C ausgelegt waren, ganzjährig die benötigte Wärmemenge bereitstellen und über die Radiatoren in die Wohnräume transportieren. Wärmepumpen wie die Vitocal 350 mit Dampfeinspritzung erreichen Vorlauftemperaturen bis 65 °C und Trinkwassertemperaturen von 58 °C. Damit bietet die Wärmepumpe Vitocal 350 einen besonders hohen Trinkwasserkomfort. Die Wärmepumpe Vitocal 350 ist so effizient, dass sie ganzjährig als einziger Wärmelieferant für Heizung und Trinkwasserbereitung eingesetzt werden kann (monovalenter Betrieb). Dabei ist sie dank des Scroll- Verdichters bei hoher Betriebssicherheit besonders leise. Je nach Anlagenkonzept kann die integrierte Regelungsfunktion „Natural cooling” genutzt werden. Das bedeutet: die auch im Sommer niedrigen Temperaturen im Erdreich oder im Grundwasser dienen zur Kühlung des Gebäudes. Damit ist Vitocal 350 ideal geeignet, um im Gebäudebestand Wärme und Kühle aus der Natur zu nutzen.

Von Georg am 6.10.08 16:14 |

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