Hier finden Sie alle Systeme, Bezeichnungen und Begriffe, Beschreibungen und Erklärungen zu Funktions- und Betriebsweisen, Bauarten und Einsatzgegebenheiten der Gas- und Elektro-Wärmepumpen Luft, Vergleiche mit anderen Heizungsarten, ihre Vorteile und Nachteile.
Heizen mit regenerativer Energie und Luftwärmepumpe
Luftwärmepumpen nutzten die kostenlose, erneuerbare Sonnenenergie, die als Wärmeenergie übers ganze Jahr in der Umgebung gespeichert und in der Luft ausreichend vorhanden ist. Die Luftwärmepumpe entzieht der Außenluft (oder auch Abluft) Wärmeenergie, bringt sie auf ein höheres Temperaturniveau und gibt sie als Heizwärme ab.
Die Temperaturen unserer Umgebung liegen stets sehr weit über dem absoluten Nullpunkt von -273°C, ein Ergebnis ständiger Wärmeenergiezufuhr und Freisetzung in Umwelt und Natur. Luft enthält schon bei -15°C genügend Wärmeenergie zum sicheren und wirtschaftlichen Heizen mit modernen, entsprechend ausgelegten Luftwärmepumpensystemen.
Tage mit solch tiefen Temperaturen sind bei uns äußerst selten. Im kälteren Skandinavien und in der Schweiz sind Luftwärmepumpen seit Jahren in großer Zahl im Einsatz. Zuverlässig und nahezu wartungsfrei erbringen sie gute Heizleistungen bei geringem Stromverbrauch und niedrigen Kosten.
Luftwärmepumpen liefern bei einer Kilowattstunde Stromeinsatz ohne weitere Energiekosten circa vier Kilowattstunden Wärmegewinn ins Haus. Sie sparen 50-80% Heizkosten.
Entwicklungsgeschichte der Luftwärmepumpen und Wärmepumpen
Der Ursprung der Wärmepumpen liegt in der Kältetechnik und Kühlungstechnologie. Ausgehend von den bereits im Altertum bekannten und genutzten kältetechnischen Wirkungen und Mechanismen und von den im 19. Jahrhundert wissenschaftlich erarbeiteten Kenntnissen thermodynamischer Grundlagen wurden Kältemaschinen erfunden und daraus bald erste Luft-Wärmepumpen und dann weitere Wärmepumpen entwickelt.
1810 entwickelte der schottische Physiker J. Leslie eine Absorptionskälteanlage mit dem Kältemittel Wasser und dem Absorptionsmittel Schwefelsäure.
1824 erforschte und bewies der französische Physiker S. Carnot, daß die bestmögliche Ausnutzung bei der Umwandlung von Wärmeenergie eines Gases in mechanische Energie dann erzielt wird, wenn das Gas einen bestimmten Kreisprozeß durchläuft. Dieser nach ihm benannte Carnot-Kreisprozeß ist in graphischer Darstellung einrechtsdrehender Kreisprozeß. Als solcher ist er das Grundprinzip für die optimale thermodynamische Maschine zur Abgabe bzw. Verrichtung mechanischer Arbeit und gilt für alle Wärmekraftmaschinen. Wird nun der Carnot-Kreisprozeß in umgekehrter Richtung durchlaufen, in der Darstellung linksdrehend, so wird mechanische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Das ist das ideale Grundprinzip für Kältemaschinen und Wärmepumpen, in näherer Beschreibung auf der Seite Funktionsprinzip.
1834 erfand der Amerikaner J. Perkins die erste mechanische Verdichter-Kältemaschine mit dem Kältemittel Äther, mit der er den Carnot-Kreisprozeß umgekehrt als linksdrehenden Kreisprozeß nutzte.
1852 beschrieb der englische Physiker Lord Kelvin mit seinem mechanischen System zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden bereits das Prinzip der späteren Wärmepumpe, durch den linksdrehenden Carnot-Kreisprozeß Wärme auf ein höheres Temperaturniveau zu heben bzw. zu „pumpen“. Das Verfahren sollte Heizwärme erzeugen und abgeben oder durch Wechsel der Funktionsrichtung des Aggregates und seines Kältemittel-Kreislaufs Räume durch Aufnahme ihrer Wärme kühlen. Es erfolgt kein Richtungswechsel des Kreisprozesses, der ist und bleibt linksdrehend bei Kältemaschine und Wärmepumpe! Zum technisch realisierten Carnot-Kreisprozeß der Wärmepumpe finden Sie ausführliche Erläuterungen unter Funktionsprinzip.
1855 wurde in Österreich bereits eine Saline mit Soleverdampfung nach dem Kreisprozeß- Prinzip betrieben.
1859 gelang dem französischen Ingenieur F.Carré, die Absorptions-Kältemaschine mit den preiswerten natürlichen Stoffen Ammoniak und Wasser sicher und kontinuierlich zu betreiben. Ammoniak löste die Verwendung der bis dahin genutzten explosiven Kältemittel ab. Die ersten Kältemaschinen dienten der industriellen Eisherstellung, spätere Aggregate konnten zur direkten Kühlung vorwiegend in der Lebensmittelproduktion oder in Brauereien eingesetzt werden.
1895 wurde vom deutschen Ingenieur C.v.Linde die Luftverflüssigungsmaschine als äußerst erfolgreiche Weiterentwicklung der Verdichter-Kältemaschine gebaut.
1920 benutzte erstmals in Deutschland G.Flügel in Schriftbeiträgen die neue Bezeichnung Wärmepumpe. In den folgenden 20er- und 30er-Jahren wurden die ersten Heizungen nach dem Prinzip der Wärmepumpe in Gebäude installiert.
1922 wurde in Deutschland zur Verdichtung des Kältemittels der erste Turboverdichter eingesetzt.
1930 führte die amerikanische Firma DuPont als Kältemittel FKW (Fluor-Kohlenwasserstoff) ein, das wegen besserer Eignung die Kältemittel-Technologie wesentlich voranbrachte.
1938 und in den folgenden Jahren bis Ende des zweiten Weltkrieges wurden von Ingenieuren in der Schweiz wegen Energie- und Kohlemangels etliche ausgezeichnete Wärmepumpen gebaut. Damit wurden große städtische Gebäude direkt beheizt und Fernheizung betrieben. Verschiedene Wärmequellen in Natur und Umwelt wurden erschlossen: Flußwasser, Luft, Abwasser und Kühlabwärme.
1945 entstand in den USA die erste Erdwärmepumpenanlage, die Sonnenwärmeenergie aus zwei Meter Tiefe des Erdreichs zum Heizen des Wohnhauses aufnahm und im Sommer mit umgekehrtem Kältemittelkreislauf das Haus kühlte.
1950 war mit seinen Folgejahren in Deutschland der Neubeginn verschiedener Entwicklungen kleiner Wärmepumpen für Brauchwarmwasser. In den USA boomte die Nachfrage nach Luft/Luft-Wärmepumpen (Klimatisierungsgeräte) zum Heizen und Kühlen von Wohnhäusern, und Japan stieg ins internationale Klimageräte-Geschäft mit Luft-Luft-Wärmepumpen ein.
Mit dem Bau von Kältemaschinen als Kühl- und Eismaschinen erfolgte gleichzeitig die Entwicklung sogenannter Kaltwassersätze, im Englischen als Chiller (= Froster) oder als Cooler (= Kühler) bezeichnet, zur Gebäudekühlung mit gekühltem Kreislaufwasser von 7 bis maximal 10°C. Die Gebäudeabwärme dieser Geräte wird erst in jüngerer Zeit zur Aufheizung von Brauchwasser genutzt. Indem die wechselweise Umkehr des Kältemittelkreislaufs zum Kühlen im Sommer und zum Heizen in den Übergangsperioden wie auch teilweise im Winter einsatzreif entwickelt wurde entstanden die ersten Wärmepumpen.
Eine vergleichbare Entwicklung nahmen Luft-Luft-Kühlaggregate (air-conditioner = Klimaanlagen) etwa zur selben Zeit. Die zu Beginn nur zur Raumluftkühlung gebauten Geräte wurden bald zu Luft-Luft-Wärmepumpen zur ganzjährigen Klimatisierung weiterentwickelt, d.h. zur Kühlung, Beheizung und Entfeuchtung der Raumluft. Ihr Einsatz in Klimazonen mit starker sommerlicher Hitze und hoher Luftfeuchte in einigen Gebieten der USA und Japans wurde sehr erfolgreich, und bedeutende Stückzahlen in großen Marktregionen ermöglichen seitdem ein kontinuierliches Weiterentwickeln dieser Luftwärmepumpen.
In den Jahrzehnten seit 1950 wurde die Wärmepumpe und besonders heute wird siewieder zunehmend zur Gebäudebeheizung (und Kühlung) eingesetzt, weltweit seit nunmehr über 50 Jahren nach ihren ersten Anfängen vor rund 80 Jahren. MehrereEnergiekrisen und wechselnde Wirtschaftslagen, fallende und steigende Ölpreise, konkurrierende Heizungsarten, umweltpolitische Verbrauchs- und Emmissionsvorgaben sowie Gesetze bewirkten stets ein schwankendes Interesse an Wärmepumpen und bremsten zeitweise die weitere Verbreitung und technische Fortschritte in Deutschland und in Europa. Hier finden jetzt Wärmepumpen und besonders die Luft/Wasser-Wärmepumpe wie auch die Luft/Luft-Wärmepumpe erheblich wachsende Interessentenzahlen und gewinnen Marktanteile. Mehr zur weiteren Entwicklung der Technologie von Wärmepumpen bzw. von Luft-Wärmepumpen und zum heutigen Stand der Technik finden Sie auf den folgenden Seiten.