Was ist eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen arbeiten nach dem Prinzip des Kühlschranks: gleiche Technik nur umgekehrter Nutzen. Die Wärmepumpe entzieht unserer Umwelt Wärme, die im Gerät aufbereitet und an das Heizungswasser weitergegeben wird. Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Daher muss die Wärmepumpe die aufgenommene Wärmeenergie aus der Umwelt unter Einsatz von hochwertiger Energie, z.B. Strom, auf ein höheres Energieniveau bringen.
Grundsätzlich werden Wärmepumpen nach der Art der Wärmequelle in Luft-, Wasser- und Erdwärmepumpen unterschieden.
Luft-/Wasser-Wärmepumpe
Für die Luft-/Wasser-Wärmepumpe wird die Außenluft über den Wärmetauscher der Wärmepumpe geführt. Die Aufstellung kann im Außen- oder Innenbereich des Gebäudes erfolgen.
Bei der Innenaufstellung ist darauf zu achten, dass möglichst kühle Räume mit geringer Luftfeuchte für die Aufstellung der Wärmepumpe ausgewählt werden. Bei einer Raumluftfeuchte von über 50 % und einer Außentemperatur unter 0 °C kann es zur Kondensatbildung und damit langfristig zu Bauschäden kommen[1].
[1] Quelle : www.heizung-wärmepumpe.de
Wasser-/Wasser-Wärmepumpe
Auf Grund der geringen Temperaturschwankungen eignet sich Grundwasser besonders gut für den Wärmepumpeneinsatz. Grundwasser weist ganzjährig eine gleichmäßige Temperatur zwischen 7 °C und 12 °C auf. Das über einen Förderbrunnen entnommene Grundwasser wird in einem separaten Schluckbrunnen in dasselbe Aquifer[1] zurückgeleitet. Dabei sollte gemäß VDI 4640 die Entfernung zwischen Förder- und Schluckbrunnen mindestens 10-15 m in Fließrichtung betragen, um einen Strömungskurzschluss zu vermeiden. Außerdem darf die durchschnittliche Abkühlung des Wassers wegen möglicher Umweltauswirkungen nicht über 6 Kelvin liegen.
Bei der thermischen Nutzung des Untergrunds durch Grundwasser handelt es sich um eine Benutzung gemäß § 3 WHG und ist genehmigungspflichtig. Die Prüfung und Genehmigung erfolgt durch die zuständige Wasserbehörde. Ausschlaggebend sind die Entnahmemengen, die Wiedereinleitung über einen Schluckbrunnen in dasselbe Aquifer und die Veränderung der Wassertemperatur. Die Planung und Errichtung der Brunnenanlage muss von einem Brunnenbauer mit DVGW-Zulassung erfolgen.
Um Schäden zu vermeiden ist es wichtig, das Wasser auf seine Inhaltsstoffe zu untersuchen. Insbesondere Mangan und Eisen können zur Verockerung führen.
[1] Als Aquifer wird der grundwassergefüllte Bereich eines Locker- oder Festgesteinskörpers bezeichnet. Auf Grund seiner hydraulischen Leitfähigkeit ist er dazu geeignet, Grundwasser aufzunehmen, es zu speichern und weiterzuleiten.
Sole-/Wasser-Wärmepumpe
Bei diesem Verfahren wird dem Erdreich Wärme entzogen und an den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet. Hierzu werden Rohrleitungen im Erdreich verlegt, die mit einem frostbeständigen Solegemisch durchflossen werden. Die Verlegung kann waagerecht als Erdkollektor oder senkrecht als Erdsonde erfolgen.
Erdkollektoren werden oberflächennah in einer Tiefe von 1,20 m bis 5 m verlegt. Ohne Kontakt zum Grundwasser und außerhalb von Wasserschutzgebieten sind für Erdkollektoren lediglich flache Erdaufschlüsse notwendig, die anzeigenfrei sind. Dennoch ist es ratsam, die zuständigen Behörden zu informieren, um eine entsprechende Planungssicherheit zu erhalten.
Erdwärmesonden
Erdwärmesonden werden dagegen üblicherweise in Tiefen von 20–100 m verlegt. Ab einer Tiefe von ca. 15 m beträgt die Bodentemperatur ca. 10 °C. Werden mehrere Sonden verlegt, ist ein Mindestabstand von 6 m einzuhalten. Außerdem sollten die Sonden quer zur Grundwasserfließrichtung angeordnet werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Die Realisierung von Erdsonden ist grundsätzlich genehmigungspflichtig und es ist ein hydrogeologisches Gutachten anzufertigen. Die Ausführung hat von einem vom internationalen Wärmepumpenverband zertifizierten Betrieb bzw. von einem Bohrunternehmen mit Zulassung nach DVGW W 120 zu erfolgen.
Technische Anlagenkomponenten
Die wesentlichen Bauteile einer Wärmepumpe sind Verdampfer, Verdichter mit Motor, Kondensator und Expansionsventil. Dabei werden folgende Arbeitsschritte durchlaufen:
- Verdampfer Der Verdampfer nimmt Wärme niedriger Temperatur auf (Wärmequelle z.B. Luft, Grundwasser). Das Arbeitsmedium tritt mit einer niedrigen Temperatur flüssig in den Verdampfer ein und nimmt Wärme aus der Wärmequelle auf. Dabei steigt die Temperatur des Arbeitsmediums und verlässt gasförmig den Verdampfer. Je größer die Verdampferfläche, desto bessere Leistungszahlen werden erreicht.
- Verdichter Dem Prozess wird Arbeitsenergie zugeführt. Dies wird bei Erdgas betriebenen Wärmepumpen über einen Gasmotor und bei Strom betriebenen Wärmepumpen über einen Elektromotor realisiert. Das gasförmige Arbeitsmedium wird verdichtet und dabei der Druck erhöht. Durch die Druckerhöhung steigt die Temperatur des Arbeitsmediums zusätzlich.
- Kondensator Der Kondensator dient als Wärmetauscher zu dem Heizkreislauf. Hier verflüssigt sich der Dampf und die freigesetzte Kondensationswärme geht auf den Heizkreislauf über.
- Expansionsventil Der Druck des Arbeitsmediums wird reduziert und das Arbeitsmedium wird kälter. Das Arbeitsmedium fließt mit einer Temperatur die unter der Temperatur der Wärmequelle liegt in den Verdampfer zurück.
- Pufferspeicher Um Laufzeiten zu verlängern und um häufiges Takten der Anlage zu vermeiden sollte in jedem Fall ein Pufferspeicher eingesetzt werden. Außerdem ist das Energieversorgungsunternehmen (EVU) berechtigt, die Stromzufuhr für Wärmepumpen zu unterbrechen. Ohne Pufferspeicher ist die Wärmeversorgung im monovalenten Betrieb nicht sichergestellt. Bei Luft-/Wasserwärmepumpen wird der Pufferspeicher außerdem für den Abtaubetrieb benötigt.
