TopTechnik - Keller GmbH

1 K hlen mit Viessmann W rmepumpen Natural cooling Senkung des CO2-Aussto es gegen ber herk mmlichen K hlsystemen Nutzung der berall verf gbaren tiefen Erd- und Grundwassertemperaturen im Sommer Optimaler Einsatz in Verbindung mit W rmeverteil-systemen Bessere Regeneration von Erdsonden und zus tzlicheSpeicherung von W rme in den Sommermonaten K hl-COP zwischen 15 bis 20, somit 3 bis 4 mal h herals bei herk mmlichen KlimasystemenTo pTechnik2 Umkehrbarer BetriebEinleitung blicherweise wird in Deutschlandmit den weitaus meisten W rme-pumpenanlagen das Geb ude nurbeheizt und das Trinkwasser er-w rmt.

2 F r die K hlung des Ge-b udes wird dann gegebenenfallsein K hlaggregat installiert. Die M glichkeit, beide Funktionen Heizen und K hlen wechselweise in einem Ger t auszuf hren, ist inDeutschland noch wenig bekannt. In den USA dagegen haben sichW rmepumpen, die sowohl als W rmeerzeuger als auch als K hl-aggregat arbeiten k nnen, auf demMarkt fest etabliert und eine entspre-chend weite Verbreitung bliche K hlschrank und eineKompressions-W rmepumpe funk-tionieren im Wesentlichen gleich nur mit unterschiedlicher Richtungdes W rmeflusses.

3 Die wichtigstenBauteile (Verdampfer, Verdichter, Ver-fl ssiger und Expansionsventil) sinddeshalb auch bei beiden Ger teartengrunds tzlich gleich. Sie unterschei-den sich haupts chlich in der Opti-mierung auf die jeweilige Aufgabe,die im einen Fall die Steigerung undim anderen die Absenkung von Tem-peraturen bezweckt. Um eine Kompressions-W rmepumpeauch zum K hlen nutzen zu k nnenw rde es im Wesentlichen gen gen,die F rderrichtung des Verdichterssowie das Expansionsventil umzu-drehen und so die Flie richtung desK ltemittels sowie der W rme rmeabgabe(an das Heizsystem) W rmezufuhr(Umwelt)Verdichter Expansions-ventile Verdampfer Verfl ssigerBild 1.

4 Vereinfachtes Funktionsschema f r eine W rmepumpe mit reversibler (umkehrbarer) Betriebsweise im HeizbetriebW rmepumpe mit reversibler Betriebsweise im HeizbetriebTechnisch gut zu verwirklichen undzudem bew hrt hat sich aber der Einbau eines 4-Wege-Ventils und eines zweiten Expansionsventils imK ltemittelkreislauf. Die Umschaltungder Flie richtung kann automatischf r die gesamte Anlage ber dieses4-Wege-Ventil erfolgen. Durch den Einbau eines 4-Wege-Ventils kannder Verdichter, unabh ngig von derjeweiligen Funktion (Heizen oderK hlen), seine urspr ngliche F rder-richtung immer Heizbetrieb f rdert der Verdichterdas gasf rmige K ltemittel zum W rmetauscher f r das kondensiert das K ltemittel undgibt dabei die W rme an das Heiz-system (Warmwasserheizung oderLuftheizung) ab (Bild 1).

5 Umkehrbarer Betrieb3W rmezufuhr(vom Heizsystem bzw. aus den R umen) W rmeabgabe(an die Umwelt)Verdichter Expansions-ventile Verfl ssiger VerdampferBild 4: Vitotres 343 Kompaktger t f r Passiv-h user: W rmepumpe kombiniert mit mecha-nischer Wohnungsl ftung und Speicher-Wassererw rmerBild 3: Men gef hrte Regelung CD 70W rmepumpe mit reversibler Be-triebsweise im K hlbetriebF r den K hlbetrieb wird die Flie -richtung mit Hilfe des 4-Wege-Ventilsumgekehrt. Der urspr ngliche Ver-fl ssiger ist jetzt der Verdampfer, derdie W rme vom Heizsystem daswiederum die W rme aus den R u-men aufgenommen hat auf das K ltemittel bertr gt.

6 Das gasf rmigeK ltemittel gelangt wieder ber das4-Wege-Ventil zum Verdichter undvon dort zum W rmetauscher, derdie W rme an die Umgebung abgibt(Bild 2).Vitotres 343 System-Compact-Tower f r Passivh userBei dem Passivhaus-Kompaktger tVitotres 343 (Bild 4) handelt es sichzum Beispiel um eine Luft/Wasser-W rmepumpe, die mit einer mecha-nischen Wohnungsl ftung kombi-niert wurde. Im Heizbetrieb (Nenn-W rmeleistung 1,5 kW) nutzt dieW rmepumpe den W rmeanteil derAbluft, der von der W rmer ckge-winnung der L ftung nicht verwertetwerden kann, und verwendet ihn zurNacherw rmung der Zuluft oder zurTrinkwassererw hei en Sommertagen wird im Vitotres 343 zun chst der W rmetau-scher der mechanischen Wohnungs-l ftung, der zur W rmer ckgewin-nung dient, durch eine Bypass-Schal-tung berbr ckt.

7 So wird zum Bei-spiel die im Vergleich zur warmen Innenraumluft k hlere Au enluft inder Nacht direkt in die R ume gelei-tet. Wird vom Nutzer noch k hlereLuft in den R umen gew nscht,schaltet die Abluft/Wasser-W rme-pumpe automatisch in den reversi-blen Betrieb um. Im Verdampfer derW rmepumpe wird der Zuluft nun aktiv W rme entzogen und die so ab-gek hlte Luft zur Raumk hlung ver-wendet. Das Kompaktger t erreichtdabei eine K hlleistung von maximal1 kW. Die warme Luft in den R umenwird ber die Fortluft abgef Heizleistung von reversibel arbeitenden Kompressions-W rme-pumpen ist immer etwas gr er als die K hlleistung.

8 Im Heizbetrieb wirddie Energieaufnahme f r den Antriebim Verdichter in W rme umgewan-delt und zum Heizen genutzt. ImK hlbetrieb entsteht diese W rmeebenfalls, da ja auch bei dieser Be-triebsweise der Verdichter arbeitenmuss. Diese zwangsl ufig anfallendeW rme verringert aber in der Bilanzdie theoretisch m gliche K hlleis-tung. Die erreichbaren COP s im K hl-betrieb sind bei reversibel arbeiten-den W rmepumpen schlechter als 2: Vereinfachtes Funktionsschema f r eine reversibel arbeitende W rmepumpe im K hlbetrieb4 Natural cooling ABCDFGHKEBild 5: Vereinfachtes Anlagenschema f r K h-lung mit Fu bodenheizungBild 6: Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-W rmepumpe Vitocal 300z.

9 B. ErdsondePrim rpumpe3-Wege-Umschaltventil Heizung/K hlung (Prim rkreis)W rmetauscher K hlungUmw lzpumpe K hlungFu bodenheizung3-Wege-Umschaltventil Heizung/K hlung (Sekund r-kreis)Sekund rpumpeW rmepumpe Vitocal 300 oder Vitocal 350 ABCDEFGHKBild 7: W rmepumpenregelung CD 60 mit Anlaufstrombegrenzung und integrierter K hl-und Solarfunktion bis zu drei Ladegruppen regelbarAn hei en Sommertagen sind dieTemperaturen im Inneren der Geb u-de in der Regel h her als im Erdreichoder im Grundwasser. Dann k nnendie niedrigeren Temperaturen des imWinter als W rmequelle dienendenErdreichs bzw.

10 Grundwassers zur direkten K hlung des Geb ude-inneren genutzt werden. Bestimmte W rmepumpen verf genhierzu ber eine auch als Naturalcooling bezeichnete Funktion in ihrer Regelung. Aufgrund der hohenAu enlufttemperaturen im Sommerist diese Funktion bei Luft/Wasser-W rmepumpen nicht m Natural cooling -Funktion kannmit wenigen zus tzlichen Komponen-ten (W rmetauscher, 3-Wege-Ventileund Umw lzpumpe) aktiviert werdenund erm glicht so einen angeneh-men Zusatznutzen der Vitocal W rme-pumpen. Grunds tzlich ist diese K hlfunktionin ihrer Leistungsf higkeit nat rlichnicht mit Klimaanlagen oder Kalt-wassers tzen zu vergleichen.