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Hochtemperatur-Wärmepumpe: Funktion und Einsatz
Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe hebt die Temperaturen kostenfreier Umweltwärmequellen auf ein besonders hohes Niveau. Während konventionelle Anlagen kaum über eine Vorlauftemperatur von 65 Grad Celsius kommen, erreichen die Hochtemperatursysteme Werte von 80 bis 100 Grad Celsius. Wir erklären, wie das funktioniert und für welche Einsatzgebiete die Geräte infrage kommen.
Die Themen im Überblick:
Funktionsweise einer Hochtemperatur-Wärmepumpe
Soll eine Wärmepumpe besonders hohe Temperaturen liefern, muss die Technik viele Herausforderungen überwinden. Besonders wichtig dabei ist, dass die Bauteile dem Druck im System standhalten. Denn dieser steigt, je stärker die Verdichter das Kältemittel komprimieren. Im Folgenden erklären wir, wie das funktioniert.
Einfach erklärt: Der Kreisprozess einer Wärmepumpe
Wärmepumpen zapfen kostenfreie Energie aus der Umwelt an und übertragen diese mit einem Verdampfer (Wärmetauscher) auf ein Kältemittel. Das hat spezielle Eigenschaften und wechselt dabei vom flüssigen in den dampfförmigen Aggregatzustand. Anschließend saugt ein Verdichter (häufig kommen Scrollverdichter zum Einsatz) das Gas an. Er sorgt dafür, dass der Druck steigt und erhöht somit auch die Temperatur. Liegt diese über der Vorlauftemperatur der Heizung, kann der Kältemitteldampf die mitgeführte Wärme über einen zweiten Wärmeübertrager (den Verflüssiger) an die Heizung abgeben. Das Kältemittel kühlt ab, verflüssigt sich und nimmt mithilfe eines Entspannungsventils seinen Ausgangszustand wieder ein. Der Vorgang kann dann von vorn beginnen. Anschaulich beschrieben wird dieser Prozess auch in dem folgenden Video.
Hochtemperatur-Wärmepumpe mit zwei Kreisprozessen
Bei einer konventionellen Wärmepumpenheizung ist die maximale Vorlauftemperatur technisch begrenzt. Um dennoch höhere Werte zu erreichen, sind also spezielle Lösungen nötig. Eine häufig eingesetzte ist die Zweikreis-Hochtemperatur-Wärmepumpe. Dabei laufen zwei Kreisprozesse nacheinander ab, wobei der Verflüssiger des ersten der Verdampfer des zweiten Prozesses ist. Auf diese Weise lassen sich Verdichter, Ventile und Kältemittel optimal auf die ganz unterschiedlichen Systemanforderungen anpassen. Das ist die Voraussetzung für einen sicheren, zuverlässigen und effizienten Betrieb.
Übrigens: Neben Anlagen mit zwei Kreisprozessen kommen auch weitere zum Einsatz. Ein Beispiel dafür ist die CO2-Wärmepumpe. Diese ist jedoch sehr aufwendig in der Herstellung und arbeitet nur bei hohen Spreizungen wirtschaftlich.
Unterschiedliche Wärmequellen können zum Einsatz kommen
Genau wie bei einer konventionellen Wärmepumpenanlage steigt auch die Effizienz einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit sinkendem Temperaturhub. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe für Hochtemperaturen verbraucht dabei in der Regel mehr Strom, als eine Anlage mit Sole-Wasser-System. Denn vor allem in der Heizperiode ist die Erde meist wärmer als die Außenluft. Neben Luft und Erdreich können die Geräte teilweise auch Abwärme aus Gewerbebetrieben oder Abwasseranlagen nutzen.
Auch die Hochtemperatur-Wärmepumpe arbeitet effizient
Durch die spezielle Technik kommen heute auch Wärmepumpen für Hochtemperaturbereiche auf hohe Leistungszahlen (COP). So sind Werte von 2,5 bei einem Temperaturhub von 10 auf 85 Grad Celsius möglich. Das heißt: Bei einer thermischen Leistung von 100 Kilowatt benötigt eine Hochtemperaturwärmepumpe nur 40 Kilowatt Strom. Die Übrigen 60 Kilowatt kommen aus der kostenfreien Umweltwärmequelle.
Einsatzbereiche für die innovative Heizungstechnik
Die Einsatzbereiche einer Hochtemperatur-Wärmepumpe sind heute breit gefächert. Geht es um den Wohnbereich, können die Geräte vor allem Altbauten energiesparend mit Wärme versorgen. Diese benötigen durch große Heizkörper und fehlende Isolierung oft Vorlauftemperaturen von 65 Grad Celsius und darüber. Ähnlich hohe Werte sind übrigens auch für die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern nötig. Im Nichtwohnbereich kann eine Monoblock- oder Split-Wärmepumpe für Hochtemperatur-Bereiche auch Prozesswärme bereitstellen. Hier sind nicht selten Temperaturen von 80 bis 100 Grad Celsius gefragt.
Kosten für Hochtemperatur-Wärmepumpen im Wohnbereich
Die Ausgaben für eine moderne Hochtemperatur-Wärmepumpe können heute sehr unterschiedlich ausfallen. Denn sie hängen maßgebend von der nötigen Heizleistung ab. Geräte für die Versorgung von Einfamilienhäusern gibt es dabei schon für 8.000 bis 15.000 Euro. Anlagen für größere Wohngebäude und Industrieanlagen sind teurer. Wie viel, kann ein Installateur individuell ermitteln.
Wichtig zu wissen ist, dass der Staat Wärmepumpen mit hohen Zuschüssen oder steuerlichen Vergünstigungen fördert. Die Gelder gibt es dabei für Sanierungsvorhaben. Wer neu baut, kann hingegen die Effizienzhausförderung für sich nutzen. Wie hoch die Konditionen ausfallen und was es bei der Beantragung zu beachten gibt, erklärt der Beitrag Förderung für eine Wärmepumpe.
Fazit von Alexander Rosenkranz
Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe kann Vorlauftemperaturen von mehr als 80 Grad Celsius liefern. Damit das technisch funktioniert, ist eine spezielle Konstruktion nötig. Diese setzt zum Beispiel auf zwei Kreisprozesse, die nacheinander ablaufen. Darüber hinaus gibt es auch Wärmepumpen mit CO₂ als Kältemittel, die jedoch aufwendiger herzustellen sind und hohe Spreizungen zwischen Vor- und Rücklauf voraussetzen. Einsetzen lassen sich die Systeme in neuen und alten Wohn- sowie Gewerbeobjekten. Selbst die Erzeugung von Prozesswärme für die Industrie ist möglich.
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