Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (in der Regel ist das die Umgebung) aufnimmt und zusammen mit der Antriebsenergie als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (Raumheizung) überträgt. Der verwendete Prozess ist im Prinzip die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses, bei dem Wärmeenergie mit hoher Temperatur aufgenommen und teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt und die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme abgeführt wird, meist an die Umgebung. Das Prinzip der Wärmepumpe verwendet man auch zum Kühlen (so beim Kühlschrank), während der Begriff „Wärmepumpe“ nur für das Heizaggregat verwendet wird. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die aus dem zu kühlenden Raum aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung abgeführt wird.

Heizen mit Gas, Umweltwärme, Zeolith und Wasser: Gasbetriebenes Adsorptions-Heizgerät kombiniert Brennwerttechnik mit einem Wärmepumpenmodul. © Viessmann Werke GmbH & Co KG

Mit Gas-Adsorptionswärmepumpen heizenBrennwerttechnik galt lange als energiesparendste Technologie, um Ein- oder Zweifamilienhäuser mit Gas zu beheizen. Die konsequente Weiterentwicklung stellen nun Adsorptions-Heizgeräte dar. Sie kombinieren Brennwerttechnik mit einem thermischen Wärmepumpenmodul auf Zeolith-Wasser-Basis. Dieses nutzt Erdwärme oder Solarenergie und reduziert den Brennstoffverbrauch um mehr als 20 Prozent gegenüber der Brennwerttechnik. Die Geräte eignen sich speziell für Neubauten sowie für sanierte Altbauten mit moderatem Wärmebedarf.

Im Rahmen der Energieforschung hat das Bundeswirtschaftsministerium die Entwicklung dieser aussichtsreichen Technologie gefördert. Zwei deutsche Heizgeräte-Hersteller haben Zeolith-Wärmepumpen für den kleinen Leistungsbereich (bis 15 kW) auf den Markt gebracht. Das hier vorgestellte Heizgerät von Viessmann nutzt für die Heizung und Warmwasserbereitung als Umweltenergie Erdwärme oder solare Wärme oder eine Kombination aus beiden.

Das Heizgerät besteht aus zwei Modulen: Ein thermisches Wärmepumpenmodul deckt die Grundlast der Gebäudebeheizung. Der Wärmepumpenprozess benötigt als Antrieb Wärme auf hohem Temperaturniveau. Diese liefert eine integrierte Gas-Brennwertwärmezelle. Sie hat zusätzlich die Aufgabe, Bedarfsspitzen an kalten Tagenund die Warmwasserbereitung effizient abzudecken. Da das Wärmepumpenmodul somit nur für eine Teillast ausgelegt ist, kann die Kälteentzugsleistung vergleichsweise klein (< 2 kW) dimensioniert werden. Im Vergleich zu einer monovalenten Elektro-Wärmepumpe benötigt das Gas-Adsorptionsheizgerät somit deutlich weniger Umgebungswärme. Es können daher Erdflachkollektoren, Erdwärmekörbe oder kurze Erdwärmesonden (Gesamtlänge etwa 50 m) genutzt werden. Alternativ eignen sich als solare Wärmequelle Solaranlagen mit drei bis fünf Flach- oder Röhrenkollektoren.