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Wärmepumpen

Funktionsprinzip

Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank, nur wird hier nicht die Kälte genutzt, sondern die Wärme!

Im Kühlschrank entzieht ein Kältemittel-Kreislauf mittels Verdampfer dem zu kühlenden Gut die Wärme und gibt sie über das Rückwandgitter (Verflüssiger) an den Raum ab. Hierbei ist die Wärme ein Abfallprodukt.

Bei der Wärmepumpe wird der Umwelt Wärme entzogen und mittels elektrischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Diese Wärme wird dann auf den Heizungskreislauf des Hauses übertragen, die dann zu Heizzwecken oder zur Erzeugung von warmem Wasser zum Duschen oder Baden genutzt werden kann.

Wärmepumpen für Heizzwecke benutzen als Wärmequelle die Umgebungsluft oder die im Boden und im Grundwasser gespeicherte Wärme und geben sie an eine Wasserheizung ab. Für einen verlustarmen Betrieb muss der Wärmeaustausch am Ort des Wärmeentzugs und am Ort der Wärmeabgabe über eine möglichst große Oberfläche vor sich gehen. Bei Erdreich-Wärmepumpenanlagen werden deshalb die Leitungen des Wärmeaustauschers großflächig, schlangen- und mäanderförmig im Erdreich verlegt. 

Wärmepumpen für Niedertemperaturheizungen sind besonders effektiv. Grundsätzlich arbeitet eine Wärmepumpe umso effizienter, je geringer der Temperaturunterschied zwischen der zur Verfügung stehenden Wärmequelle und der benötigten Heizwärme ist. Heizungssysteme mit geringeren Vorlauftemperaturen, wie die Fußbodenheizungen mit 35-40°C Vorlauftemperatur, sind daher besonders für den Einsatz von Wärmepumpen geeignet.

Eine wesentliche Kenngröße für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Leistungszahl (COP), die das Verhältnis der erzeugten Heizenergie zur zugeführten elektrischen Antriebsenergie für Kompressor und Pumpen beschreibt. Bezogen auf den Zeitraum eines Jahres – einschließlich Anlauf – und Stillstandverlusten – ergibt sich die Jahresarbeitszahl. Eine energieeffiziente Wärmepumpe sollte mindestens eine Jahresarbeitszahl von drei Jahren erreichen. Das heißt also, sie gibt das Dreifache der zuvor eingesetzten elektrischen Energie als Nutzwärme ab

Wärmepumpen können allein - monovalent - oder in Kombination mit einer Brennstoffheizung - bivalent – betrieben werden. Je nach genutzter Wärmequelle unterscheidet man verschiedene Ausführungen von Wärmepumpen:



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Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Erdreichkollektoren

Die Wärme wird dem Erdreich über einen Solekreislauf (Wasser mit Frostschutzmittel) aus großflächig verlegten Kunststoffrohren entzogen. Damit ist ein ganzjähriger monovalenter Betrieb einer Heizungsanlage möglich. Für die Fläche des Erdreichkollektors benötigt man etwa die zwei- bis dreifache zu beheizende Wohnraumfläche.

Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonden

Vor allem in Ballungsräumen ist die großflächige Verlegung im Erdreich aus Platzgründen nicht möglich. Meist werden in mehreren Bohrungen konzentrisch angeordnete Kunststoffrohre in 30 bis 100 m Tiefe verlegt, die von der Sole im Gegenstromprinzip durchströmt werden. Diese Technik ist genehmigungspflichtig und nicht in allen Gebieten erlaubt (z. B. Wasserschutzgebiete)

Wasser/Wasser-Wärmepumpen

Wegen der über das gesamte Jahr konstanten Temperatur (ca. 10 Grad Celsius) ist Grundwasser als Wärmequelle für Wärmepumpen besonders geeignet. Das erfordert jedoch den Bau eines Förderbrunnens und eines Versickerschachts und setzt umfangreiche geologische Erkundungen voraus. Deshalb ist diese Technik genehmigungspflichtig und nur bedingt anwendbar (Grundwasserqualität).

Luft/Wasser-Wärmepumpe

Wegen des geringen Wärmeinhalts der Luft ist der Umsatz sehr großer Luftmengen für den Wärmeaustausch erforderlich. Als alleiniges Heizsystem ist es deshalb wegen der absinkenden Leistungszahl im Winter nur bedingt verwendbar. Die Wärmeaustauscher bereifen im Winter und müssen ab und zu abgetaut werden. Diese Technik wird in der Regel an kalten Tagen durch ein zweites Heizsystem ergänzt.

Energieabsorber

Das sind großflächige Wärmeaustauscher auf Dächern und Fassaden, die der Umgebungsluft Wärme entziehen und zusätzlich durch Sonneneinstrahlung erwärmt werden können. Der Einsatz ist nur als bivalente Anlage sinnvoll.

Welche Wärmepumpenanlage eingesetzt wird, richtet sich nach verschiedenen Kriterien, wie z. B. den gegebenen Platzverhältnissen oder der vorhandenen Wärmedämmung des Gebäudes (Heizwärmebedarf). Handelt es sich um einen Neubau oder ein bestehendes Gebäude, das bereits über eine Brennstoffheizung verfügt? Nicht zuletzt spielen die finanziellen Rahmenbedingungen eine Rolle. 

Projektbeispiele

Sparen mit Solarenergie

Das Standardwerk zum Thema von Joachim Kind, erschienen beim Verlag Akademische Arbeitsgemeinschaft.

Infomaterial

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Dämmmaßnahmen, Heizsysteme, Wirtschaftlichkeits­berechnungen, technische Berechnungen, Anfragen von Handwerker-Angeboten, Auswertung der Angebote und Vergabevorschläge, Bauleitung und Überwachung der Ausführung ...