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2.4. Einsatzgrenzen von Luft-Wasser-Wärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpen werden für sehr breite Einsatzbereiche hergestellt.
Dies bedeutet hohe Anforderungen an die Materialien und die Konstruktion. Druck
und Temperatur stehen bei einer Wärmepumpe in einem sehr engen Verhältnis.
Je höher die Temperaturen, desto höher ist der Druck. Die Druckverhältnisse sind
andererseits von den verwendeten Kältemitteln abhängig. Nicht jedes Kältemittel
ist für jeden Einsatzbereich geeignet. Verdampfer, Kompressoren und andere
Komponenten sind in der Druckfestigkeit begrenzt. Wärmepumpenhersteller
suchen nach dem Optimum zwischen Funktionalität, Wirtschaftlichkeit und
Dauerhaftigkeit.
Nach Wärmepumpen Testzentrum WPZ Buchs sind die Einsatzgrenzen bei
handelsüblichen Luft-Wasser-Wärmepumpen für die Wärmequellen im Bereich
von -15 °C bis +30 °C., für die Wärmesenke im Bereich von +20 °C bis +60 °C
Hersteller sprechen vom Temperaturbereich der Wärmequelle von -20 °C bis
+40°C und der Wärmesenke bis +65 °C. Beispiel: Heliotherm HP10L, -15 °C bis
+40 °C, Stiebel Eltron WPL15, -20 °C bis +40°C, Wärmesenke +65 °C
Eine genauere Betrachtung zeigt, dass heutige ungeregelte Wärmepumpen kaum
über einen so weiten Bereich optimal arbeiten können. Bei hohen Temperaturen
ist der resultierende hohe Druck ein Problem. Handelsübliche Wärmepumpen
schützen sich mit verschiedenen Massnahmen. Die Wärmepumpe von Heliotherm
zum Beispiel ermöglicht Quelltemperaturen bis 40°C, indem sie die Verdampfertemperatur
bewusst tief hält (viele andere Wärmepumpen benützen die gleiche
Technik). Über ca. 15-20 °C wird der Luftstrom zum Verdampfer verringert. So
stellt sich eine tiefere Verdampfertemperatur ein. Dies schützt das System vor
Überdruck Problemen. Hohe Vorlauftemperaturen über 20°C führen aus diesem
Grund nicht mehr zu verbesserten Arbeitszahlen der Wärmepumpe. Die Funktion
bis 40°C ist garantiert, was trotzdem von Vorteil ist.
Die Graphik unten zeigt ein typisches Einsatzfeld einer Luft-Wasser-Wärmepumpe
mit und ohne regelbarem Verdampferluftstrom.
Abbildung 6: Einsatzbereich Luft-Wasser-WP [Armec Sagl]
2.5. Leistungskurve versus Heizungsbedarf
Ein grundlegendes Problem von Luft-Wasser-Wärmepumpen für den
Heizungsbedarf sind die gegenläufigen Kennlinien von Erzeugungsleistung und
Wärmebedarf. Gerade bei sehr tiefen Aussentemperaturen mit dem grössten
Wärmebedarf bringt die Standard-Wärmepumpe die geringste Wärmeleistung. In
der Praxis wird aus diesem Grund die Luft-Wasser-Wärmepumpe tendenziell
leistungsstark dimensioniert. Bei Auslegetemperatur soll die gewünschte Leistung
bei der vorgegebenen Betriebszeit erbracht werden. Dabei wird meist noch ein
Leistungszuschlag eingerechnet, damit sicher immer genügend Heizwärme zur
Verfügung steht.
Zertifikatsarbeit CAS EF13, Institut Energie am Bau 10/30