Sieht so die Wärmepumpentechnik von morgen aus?
Schlagworte wie Energieeffizienz, SCOP- und SEER-Wert, ErP-Richtlinie, EU-Verordnung 813/2013 spielen eine bedeutende Rolle bei den Wärmepumpen von morgen. Aber auch weite Einsatzgrenzen werden immer wichtiger. Standard-Wärmepumpen hatten lange Zeit einen Einsatzbereich bis -10 °C und konnten Warmwassertemperaturen von bis zu 54 °C erreichen. Hierbei musste man jedoch an kalten Wintertagen bivalent fahren, also einen elektrisch betriebenen Heizstab einsetzen.
Dies gilt beispielsweise in Regionen wie dem Allgäu, wo im Winter Temperaturen von -18 °C und tiefer nicht nur an einem Tag im Jahr vorkommen. Daher müssen Gebäude dort mit einem zweiten Heizungssystem ausgestattet sein, beispielsweise mit einer Gastherme oder einem Ölbrenner. Dies bedeutet erhebliche Investitionskosten für das Zweitheizungssystem und für die Installation.
Wärmepumpen mit optimiertem Kältekreislauf
Hier hatte die Wärmepumpe in der Vergangenheit also Defizite, an denen die Hersteller viele Jahre arbeiteten. Ergebnis waren Hocheffizienz-Wärmepumpen, deren Einsatzbereich auf -15 °C Außentemperatur und Wassertemperaturen bis 55 °C erweitert wurden. Solche Wärmepumpen haben einen optimierten Kältekreislauf. Nach der Verflüssigung wird Flüssigkeit entnommen und in den Verdichter eingespritzt. Dadurch wird dort die Temperatur von beispielsweise kritischen 120 °C auf 90 °C reduziert. Bei niedrigen Temperaturen können auch höhere Wassertemperaturen gefahren werden, ohne dass es zu einem Verdichterschaden kommt.
Wärmepumpen mit Economizer
Diese Wärmepumpen deckten bereits die meisten Einsatzanforderungen ab, jedoch ging die Entwicklungsarbeit weiter. Mit der Wärmepumpe Zeta REV HPXT von BlueBox gelang es, die Einsatzgrenzen nochmals deutlich zu erweitern: Es sind nun Außentemperaturen bis -20 °C oder Wassertemperaturen bis 65 °C möglich. Dies ermöglicht einen monovalenten Betrieb der Wärmepumpe, dadurch entfallen die Kosten für ein weiteres Heizsystem für die kalten Wintermonate.
Um dieses Ergebnis zu realisieren, waren diverse Modifikationen der Wärmepumpentechnik notwendig. So wurde für mehr Verdampfungsenergie ein Economizer (zusätzlicher Plattenwärmeübertrager) in den Kältekreislauf integriert, damit der Verdichter durch die Einspritzung noch schneller heruntergekühlt wird und sich der Einsatzbereich erweitert.
Vereisungsschutz und längere Abtauzyklen
Im Bereich des Plattenwärmeübertragers gab es in der Vergangenheit eine Schwachstelle: das Vereisen am Wärmeübertrager. Um dies zu vermeiden, hat BlueBox einen speziellen Vereisungsschutz entwickelt. Dafür ist im unteren Teil des Wärmeübertragers eine Heißgasleitung verlegt. Das Heißgas wird mit einer Temperatur von ca. 80 bis 100 °C aus dem Verdichtungsprozess entnommen und wieder eingespritzt. Durch diese Implementierung wird die besonders starke Eisbildung im unteren Bereich der Register vermieden und die Abtauzeiten verringert beziehungsweise die Effizienz der Wärmepumpe gesteigert. Zudem unterstützt die bedarfsgerechte Aktivierung des Vereisungschutzes erst um den Gefrierpunkt herum die Gesamteffizienz des Heizbetriebes.
Eine weitere negative, aber notwendige Begleiterscheinung des Wärmepumpenbetriebs ist die erforderliche Abtauung. Diese kann an sehr kalten Wintertagen mehrere Minuten pro Stunde andauern. Auch an dieser Problematik hat BlueBox gearbeitet und eine besondere Funktion geschaffen, die den Abtauvorgang beschleunigt. Dazu werden am Ende des Abtauprozesses die Ventilatoren des Gerätes in umgedrehter Richtung gestartet. Dadurch wird das Restwasser des Abtauvorganges aus dem Register geblasen und kann somit nicht wieder anfrieren. Auf diese Weise werden die Zeiten zwischen den Abtauzyklen verlängert und die Effizienz weiter verbessert.
Steuerung über das Internet möglich
Früher war es nicht vorstellbar, dass man eine Wärmepumpe von überall aus steuern kann. Heutzutage kann man mit einem entsprechenden Internetzugang weltweit auf das System zugreifen. Wärmepumpen sind dafür mit einem Regelsystem ausgerüstet, das über eine USB-Schnittstelle sowie einen Ethernet-Anschluss mit integriertem Web-Server verfügt. Zudem gibt es zahlreiche Optionen für die modernen Wärmepumpen, beispielsweise EC-Ventilatoren, Pufferspeicher und geregelte Verbraucherpumpen. Letztere sind fast bei allen Wärmepumpen von BlueBox umschaltbar, sodass im Sommer Kaltwasser zur Kühlung erzeugt werden kann.
Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in der Ausgabe 6/2017 von Die Kälte & Klimatechnik. Der Autor André Schulz ist Head of Technology Business Area Cooling der Swegon Germany GmbH, Garching-Hochbrück.
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