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Wärmepumpen: wie funktionieren sie und welcher Unterhalt ist erforderlich?

Sauermann manifold heat pump

W√§rmepumpen (WP) sind aktuell der Renner bei Heizungen! Diese Systeme bieten zahlreiche Vorteile und in vielen L√§ndern gibt es neue Gesetze oder Bestimmungen um ihre Anschaffung zu f√∂rdern. Dies gilt erst recht angesichts √∂kologischer Erw√§gungen und im Rahmen der Anstrengungen gegen die weltweite Klimaerw√§rmung. Dieses umfassende Dossier bietet eine n√ľtzliche Handreichung, um diese Technologie wirklich zu verstehen.

Warum sollte man eine Wärmepumpe installieren?

  • Weil Erdgas nicht mehr hoch im Kurs steht:
    Viele Regierungen (insbesondere in Europa) entscheiden sich unter dem Druck der √∂kologischen Klimasituation daf√ľr, mit elektrischem Strom betriebene W√§rmepumpen anstelle von Gasheizungen zu f√∂rdern. Ziel ist eine Verringerung der CO2-Emissionen in die Atmosph√§re und eine geringere Abh√§ngigkeit von schwankenden, h√§ufig steigenden Gaspreisen. In Frankreich beispielsweise sind W√§rmepumpen seit Sommer 2021 eine der L√∂sungen, die beim Bau neuer Einfamilienh√§user anstelle von Gasheizungen gef√∂rdert werden.

  • Weil W√§rmepumpen einen hervorragenden Wirkungsgrad besitzen:
    Die Energieeffizienz einer W√§rmepumpe ist besser als die der besten Brennwertger√§te. Der Wirkungsgrad geht zwar zur√ľck, wenn die Lufttemperatur unter -7¬įC f√§llt, aber man kann dem in sehr kalten Regionen Rechnung tragen, indem man bei der Installation einige Regeln beachtet.

  • Weil die Technologie zuverl√§ssig und gut erprobt ist:
    Eine W√§rmepumpe funktioniert genau wie das Aggregat einer Klimaanlage oder auch eines K√ľhlschranks. Diese Technik ist schon lange in Gebrauch und wurde st√§ndig verbessert, sodass heute sehr wenig Probleme beim Unterhalt auftreten.

  • Weil die Anwendungsm√∂glichkeiten sehr flexibel sind:
    Es k√∂nnen viele verschiedene Typen von WP installiert werden, wodurch man f√ľr alle Geb√§ude und Umgebungen eine geeignete L√∂sung findet. Es ist gut zu wissen, dass eine WP eine Gasheizung ersetzen kann, ohne dass in einer Wohnung der bestehende Heizwasserkreislauf ersetzt werden muss. Damit l√§sst sich sogar ein Schwimmbecken beheizen!

  • Weil staatliche finanzielle Hilfen m√∂glich sind:
    Um Eigenheimbesitzern einen Anreiz f√ľr das Installieren einer W√§rmepumpe als Ersatz f√ľr eine Gasheizung zu bieten, gew√§hren manche L√§nder Zusch√ľsse f√ľr den Umbau. Manche Zuschussprogramme sind sehr interessant, weil sie die Installationskosten betr√§chtlich senken.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen: wie funktionieren sie und welcher Unterhalt ist erforderlich?

Die in diesem Diagramm angegebenen Temperaturen und Wattzahlen sind Richwerte, sie können variieren.

Eine W√§rmepumpe gewinnt die Au√üenw√§rme und speist sie dann in das Geb√§udeinnere ein. Sie funktioniert mit einem K√ľhlmittelkreislauf, der die (thermische) W√§rmeenergie mithilfe eines Aggregatzustandswechsels bef√∂rdert:

  • Schritt 1: Au√üen gewinnt der Verdampfer die Umgebungsw√§rme, um das stark abgek√ľhlte K√§ltemittel zu erw√§rmen, das bei niedrigem Druck √ľberwiegend fl√ľssig ist. Dann wechselt das K√ľhlmittel in den Gaszustand. Dieses Gas wird dann von einem Kompressor abrupt komprimiert, wobei es sich stark erw√§rmt.

  • Schritt 2: Im Inneren tritt dieses hei√üe Gas in einen Kondensator ein, der seine W√§rme aufnimmt, um mit Wasser oder Luft die Wohnung zu beheizen. Dadurch k√ľhlt er das K√ľhlmittel ab, welcheskondensiert und wieder (nahezu) in den fl√ľssigen Zustand √ľbergeht. Dann passiert das K√§ltemittel einen Entspanner, der abrupt seinen Druck senkt und damit auch seine Temperatur. Weiter geht es wieder mit Schritt 1!

Das Funktionsprinzip einer W√§rmepumpe entspricht also genau dem umgekehrten Prinzip einer Klimaanlage. Aus diesem Grund ist es m√∂glich, eine reversible WP (Inverter-WP) zu installieren, die im Sommer k√ľhlen und im Winter heizen kann. Im Sommer √ľbernimmt der au√üenliegende Teil die Funktion des Kondensators und der innenliegende Teil wird zum Verdampfer.

So gesehen ist es wichtig, zu Beginn die richtige Wärmepumpe zu installieren:

Heat pump pompe chaleur entretien maintenance
  • Die Luft-Wasser W√§rmepumpe: Sie besteht aus einer au√üenliegenden Baugruppe, die Luft der Umgebungstemperatur bef√∂rdert, um das K√§ltemittel zu erw√§rmen. Der Kreislauf speist dann eine herk√∂mmliche Warmwasserheizung (mit Heizk√∂rpern oder Fu√übodenheizung) und sorgt auch f√ľr das warme Brauchwasser.

  • Die Wasser-Wasser W√§rmepumpe: Sie gestattet, das K√§ltemittel passiv zu erw√§rmen, indem sie es durch einen nat√ľrlichen Wasserk√∂rper (Grundwasser, See, Fluss, usw.) zirkulieren l√§sst. Sparsamer im Energieverbrauch und auch besser f√ľr sehr kalte Winter geeignet.

  • Die Luft-Luft W√§rmepumpe (oder auch Wasser-Luft): Sie beheizt Innenr√§ume mithilfe von internen Splits, die warme Luft bef√∂rdern. Zum Heizen etwas weniger effizient und schwer f√ľr ein warmes Brauchwassersystem anzupassen. Der wichtigste Vorteil besteht allerdings in der Umkehrbarkeit, sodass im Sommer mit derselben Ausstattung eine Klimaanlage betrieben werden kann.

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Die WP gewinnen die W√§rme der Au√üenluft, weshalb der Wirkungsgrad bei sehr kalten Wintern deutlich nachl√§sst. Ab -7¬įC ben√∂tigt man sehr viel mehr Energie, um W√§rme aus der Au√üenluft zu gewinnen, um das K√§ltemittel im Verdampfer zu erw√§rmen. Eine kluge Vorgehensweise ist, den Lufteintritt in einiger Entfernung vom Verdampfer zu platzieren, und beide durch ein langes unterirdisches Rohrsystem miteinander zu verbinden. Dadurch wird die Luft ganz nat√ľrlich durch Geothermie-W√§rme erw√§rmt, bevor sie in den Verdampfer gelangt. Man nennt dies auch einen Erdw√§rmetauscher.

Der Wirkungsgrad einer WP wird mit einer Leistungskennzahl definiert: dem COP (Coefficient of Performance). So bedeutet beispielsweise ein COP von 3, dass die Pumpe bei einem Energieverbrauch von 1 kW einen Wärmeertrag von 3 kW hat. Ganz einfach indem man aus der Außenwärme 2 kW "kostenloser" Energie gewinnt. Somit leuchtet auch ein, dass der COP von der Außentemperatur abhängig ist.

Der Unterhalt von WP: welche Kontrollen sind erforderlich?

Wärmepumpe Wartung

Einer der gr√∂√üten Vorteile der WP ist ihre Zuverl√§ssigkeit. Sofern nicht der seltene Fall eines Lecks auftritt, ist das K√§ltemittel zeitlich unbegrenzt nutzbar. Kaum anders als ein K√ľhlschrank, der viele Jahre unterhaltsfrei l√§uft. Nichtsdestotrotz m√ľssen WP in bestimmten L√§ndern, wie z.‚ÄĮB. in Frankreich, alle zwei Jahre gepr√ľft werden (bei leistungsstarken WP j√§hrlich). Dabei werden verschiedene Dinge √ľberpr√ľft, die nachstehend mit abnehmender Wichtigkeit aufgef√ľhrt sind. F√ľr solche Ma√ünahmen ben√∂tigt man ein sogenanntes Manifold-Messger√§t, ein gr√∂√üeres Messger√§t, das in der Klimatechnik sehr gebr√§uchlich ist.

  1. K√ľhlmittelleck:
    Ein sehr seltenes Problem, das eine WP allerdings v√∂llig lahmlegt. Um ein Leck zu lokalisieren, ist ein K√§ltemitteldetektor wie etwa unser DF 110 unverzichtbar. Im Fall einer Leckage muss man den Kreislauf entleeren und seine Dichtigkeit durch eine Evakuierung mithilfe eines in unserem Manifold-Messger√§t Si-RM3 integrierten Vakuummeters √ľberpr√ľfen.

  1. Messung von Hochdruck und Niederdruck:
    Diese Ma√ünahme gestattet auch, eine Leckage festzustellen, wenn die Differenz (Delta) zwischen √úberdruck und Unterdruck nicht ausreicht. Vor allem kann man damit den ordnungsgem√§√üen Wirkungsgrad der WP und die Funktion von Kompressor und Entspanner √ľberpr√ľfen. Um diese doppelte Messung gleichzeitig vorzunehmen, ist ein spezielles Manometer erforderlich, wie beispielsweise unser Manifold-Messger√§t Si-RM3 oder Si-RM13.

  1. Messung von √úberhitzung und Unterk√ľhlung:
    F√ľr diese Messung ben√∂tigt man ein Thermometer mit Thermoelement, wie unser neues Si-TT3, das in Kontakt mit dem k√§ltemittelgef√ľllten Kupferrohr die pr√§zise Messung dieser beiden Temperaturen gestattet: die √úberhitzungstemperatur am Ausgang des Kompressors und die Unterk√ľhlung am Ausgang des Entspanners. Wenn die WP ordnungsgem√§√ü funktioniert, stimmen diese Temperaturen mit den thermischen Eigenschaften der Zustands√§nderung des in dem Kreislauf vorhandenen K√§ltemittels √ľberein. Unser digitales Manifold-Messger√§t Si-RM3 umfasst Thermoelement-Thermometer, damit diese Messung gleichzeitig mit der Druckmessung erfolgt. Es berechnet also automatisch den Zusammenhang der Messungen von 126 verschiedenen K√§ltemitteln, je nach ihren zuvor abgespeicherten thermischen Eigenschaften.

  1. Austausch des Kältemittels:
    Zur Modernisierung der WP oder f√ľr die Verbesserung ihres Wirkungsgrads muss bisweilen das K√§ltemittel vollst√§ndig ausgetauscht werden. Es muss zur Wiederverwertung r√ľckgewonnen werden und man muss sich vergewissern, dass der Kreislauf am Ende der Ma√ünahme ganz leer ist. Auch hier ist ein Vakuummeter erforderlich, wie es in unser Manifold-Messger√§t Si-RM3 oder Si-RM13 integriert ist, das auch f√ľr andere Ma√ünahmen bei der Inbetriebnahme dienlich ist.

  2. Inbetriebnahme und Bef√ľllung mit dem K√§ltemittel:
    Bei der Wiederinbetriebnahme der WP nach der Reparatur eines Lecks oder einem Austausch des K√ľhlmittels erfordert das Bef√ľllen des K√ľhlkreislaufs auch ein Manifold-Messger√§t f√ľr die notwendigen Messungen von Evakuierung, Druck und Temperatur.

Wärmepumpe Wartung
  1. Kontrolle und Reinigung des thermodynamischen Systems:
    Der Unterhalt betrifft auch alles, was mit dem Kern der WP in Verbindung steht. Bei Systemen mit Warmwasserheizung muss man auch das Funktionieren des Warmwasserspeichers, der Wasserpumpen des Heizungssystems, des Kompressors, des Entspanners und der elektrischen Einrichtungen √ľberpr√ľfen. Ein Infrarotthermometer wie unser Si-TI3 kann insbesondere ungew√∂hnliche W√§rmeentwicklung in den elektrischen Systemen erkennen. Bei Inverter-WP ist es auch notwendig, das ordnungsgem√§√üe Funktionieren der Kondensatpumpen zu √ľberpr√ľfen, sie zu reinigen (siehe unsere Reinigungsanleitung), oder sie gegebenenfalls zu ersetzen (siehe unsere Mini-Kondensatpumpen f√ľr Klimager√§te).

  2. Volumenstrom am äußeren Verdampfer und an den inneren Luftkondensatoren:
    Die letzte Ma√ünahme ist die einfachste: vergewissern Sie sich, dass die L√ľftungsger√§te ordnungsgem√§√ü funktionieren, indem Sie mit einem Fl√ľgelradanemometer wie unserem Si-VV3 oder jedem anderen Multifunktionsger√§t wie dem AMI 310 die bef√∂rderten Luftstr√∂me messen. Um an Verdampfern und Kondensatoren wieder einen guten Wirkungsgrad herzustellen, k√∂nnen eine Reparatur des Ventilators und eine Reinigung (Bl√§tter, Moos, Staub) erforderlich sein. Dies tr√§gt auch zu einer Senkung ihrer Betriebsger√§usche bei.

Viele weitere Informationen √ľber die f√ľr den Unterhalt einer WP erforderlichen Instrumente finden Sie, indem Sie alle Produkte von Sauermann aufrufen, wo Sie alle hierzu erforderlichen Messger√§te und Kondensatpumpen zusammengefasst finden.

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