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Wärmepumpen Bauarten Sorptions- Wärmepumpe

Unter Sorption versteht man physikalisch- chemische Vorgänge, bei denen entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas von einer anderen Flüssigkeit aufgenommen (Absorption) oder aber an der Oberfläche eines Festkörpers festgehalten wird (Adsorption). Diese Vorgänge kommen unter bestimmten Bedingungen durch physikalische Einwirkungen (Druck, Temperatur) zustande und können rückgängig gemacht werden. Aus dem Alltag bekannte Vorgänge dieser Art sind z. B.:
* Im Mineralwasser absorbierte (gelöste) Kohlensäure, die beim Öffnen der Flasche
(Verringerung des Drucks) wieder frei wird.
* Die Filterung von Gerüchen und Schadstoffen aus der Atemluft durch Aktivkohle (Adsorption).

Absorptions-Wärmepumpe

Absorptions-Wärmepumpen werden üblicherweise mit Erdgas betrieben, wobei statt eines mechanischen ein thermischer Verdichter eingesetzt wird. Im Gegensatz zu Kompressions- Wärmepumpe wird anstelle des mechanischen Verdichters ein thermischer Verdichter benutzt. Dabei wird ein schon bei niedrigen Temperaturen siedendes Kältemittel wie z. B. Ammoniak verwendet niedrige Temperatur- und Druckniveau unter Aufnahme von Umweltenergie verdampft. Der Kältemitteldampf strömt in den Absorber, wo er von einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, unter Abgabe der Lösungswärme absorbiert bzw. gelöst wird. Die entstehende Wärme wird über einen Wärmetauscher in das Heiznetz eingekoppelt. Über die Lösungsmittelpumpe wird die Lösung des Stoffpaares zum thermischen Verdichter transportiert. Das Stoffpaar zeichnet sich hierbei durch unterschiedliche Siedetemperaturen aus, d. h. durch Wärmezufuhr z. B. über einen Gasbrenner wird das gelöste Kältemittel, welches über die geringere Siedetemperatur der beiden Stoffe verfügt, wieder ausgetrieben bzw. verdampft. Der auf hohem Druck- und Temperaturniveau stehende Kältemitteldampf strömt in den Verflüssiger und wird unter Abgabe der Kondensationswärme verflüssigt. Die Kondensationswärme wird dabei auf das Heiznetz übertragen. Das flüssige Kältemittel wird über das Expansionsventil entspannt und auf das ursprüngliche Druck- und Temperaturniveau gebracht. Im „Verdichterkreis“ wird analog dazu mit dem Lösungsmittel verfahren. Der Energieaufwand (Strom) für die Lösungsmittelpumpe ist sehr gering. Die Energie für den thermischen Verdichter wird in Form von Wärme (Gasverbrennung) zugeführt. Neben Erdgasbrennern können auch andere Wärmeerzeuger eingesetzt werden. Der Vorteil der Absorptions-Wärmepumpe liegt in einer guten Primärenergieausnutzung
sowie in der Tatsache, dass außer der Lösungsmittelpumpe keine beweglichen Teile notwendig sind. Absorptions-Aggregate großer Leistung (größer als 50 kW) sind als Kältemaschinen Stand der Technik. Kleinere Leistungen bis etwa 2 kW findet man zum Beispiel in Propangasbetriebenen Camping-Kühlschränken.


Adsorptions-Wärmepumpe

Die Adsorptions-Wärmepumpe arbeitet mit Feststoffen, wie z. B. Aktivkohle, Silicagel (glasartige Silikate) oder Zeolith. Das Mineral Zeolith – frei übersetzt als „siedender Stein“ bezeichnet – hat die Eigenschaft, Wasserdampf anzusaugen, an sich zu binden (zu adsorbieren) und dabei Wärme im Temperaturbereich bis ca. 300 °C abzugeben. Man spricht von einer exothermen Reaktion. Wie bei den bisher beschriebenen HeizWärmepumpen ist der Vorgang von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe auch in der Adsorptions-Wärmepumpe ein Kreisprozess, die Betriebsweise ist jedoch periodisch. Voraussetzung für Adsorptions-Wärmepumpen dieser Bauart ist ein Vakuumsystem. In der ersten Phase (der so genannten Desorptionsphase) wird dem mit Silicagel oder Zeolith beschichteten Wärmetauscher z. B. mit einem Gasbrenner Wärme zugeführt. Dabei wird das in diesem Feststoff gebundene Wasser als Dampf freigesetzt, der zum zweiten Wärmetauscher strömt. Dieser Wärmetauscher hat eine Doppelfunktion: In der ersten Phase gibt er die Wärme, die nun bei der Kondensation des Dampfes frei wird, an das Heizsystem ab. Diese erste Phase ist beendet, wenn im Zeolith kein Wasser mehr enthalten, ein gewünschter Trocknungsgrad erreicht, und das Wasser am zweiten Wärmetauscher kondensiert ist. Der Brenner wird nun ausgeschaltet. Die zweite Phase beginnt damit, dass der Wärmetauscher nun als Verdampfer wirkt, indem er das Wasser Umweltwärme zuführt. Da in dieser Phase Drücke von ca. 6 mbar absolut im System herrschen, wird das Kälte mittel Wasser unter Aufnahme von Umweltwärme verdampft. Der Wasserdampf strömt zum Wärmetauscher zurück und wird dort wieder vom Silicagel oder Zeolith aufgenommen (adsorbiert). Die dabei vom Silicagel oder Zeolith abgegebene Wärme gelangt über den Wärmetauscher in das Heizsystem. Wenn der Wasserdampf vollständig adsorbiert ist, ist eine komplette Periode dieses Wärmepumpenprozesses abgeschlossen.

Von Georg am 2.09.08 5:06 |

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