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Warmwasser-Wärmepumpe

Aufbau und Funktion

Eine Warmwasser-Wärmepumpe (üblicherweise mit integriertem Warmwasserspeicher) ist ein Gerät zur Warmwassererwärmung und -speicherung. Mit Hilfe der Wärmepumpe wird der Umgebungsluft oder der Abluft bei Raumtemperaturen zwischen etwa 5 °C und 45 °C Wärme entzogen. Diese Wärme wird zusammen mit der zugeführten elektrischen Energie dazu benutzt, den Speicherinhalt des Warmwasserspeichers auf Temperaturen von etwa 55 °C zu erwärmen. Die Umgebungsluft kühlt sich dabei ab. Am Aufstellort muss sichergestellt werden, dass ausreichend Abwärme zur Verfügung steht.

Warmwasser-Wärmepumpe
© Dimplex

Die Wärmepumpe besteht im Wesentlichen aus dem Verdichter, dem Verdampfer, dem Verflüssiger und dem Drosselorgan. Diese Bauteile sind mittels Rohrleitungen zu einem geschlossenen System verbunden, in dem das Arbeitsmedium zirkuliert.

Die Umgebungsluft wird mit einem Ventilator angesaugt und durch Wärmeabgabe in einem Wärmeaustauscher (Verdampfer) abgekühlt. Im Verdampfer wird vom Kältemittel (Arbeitsmedium der Wärmepumpe) diese Wärme aufgenommen, indem es bei niedrigem Druck verdampft. Das dampfförmige Kältemittel wird von einem elektromotorisch angetriebenen Verdichter angesaugt und auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau „gepumpt“. In einem zweiten Wärmeaustauscher (Verflüssiger) wird die aus der Umgebungsluft gewonnene Wärme sowie die vom Verdichter aufgenommene Energie an das Wasser abgegeben, wobei das dampfförmige Kältemittel wieder verflüssigt wird. Das flüssige Kältemittel wird in einem Drosselorgan auf den niedrigen Druck entspannt und kann im Verdampfer wieder Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen, der Kreisprozess beginnt erneut.

Die Wärmepumpe deckt ganzjährig den Bedarf an warmem Wasser und gewinnt dabei bis zu 70 Prozent der für die Aufheizung benötigten Energie aus der Umgebungsluft oder aus der in der Raumluft vorhandenen Abwärme. Die üblichen elektrischen Anschlussleistungen liegen bei ca. 500 Watt und ermöglichen unter den gegebenen Bedingungen Wärmeleistungen von 1.500 Watt bis 2.000 Watt.

Installation

Wärmepumpen zur Warmwasserversorgung sind in der Regel für Innenaufstellungen ausgelegt – also nicht für die Aufstellung im Freien geeignet. Als Aufstellungsräume kommen in erster Linie Keller-, Heiz- und Vorratsräume in Frage.

Entsprechende Energiemengen stehen in Kellern von Ein- oder Zweifamilienhäusern fast immer zur Verfügung, insbesondere wenn sich andere Abwärmequellen wie Heizkessel, Gefrier- und Kühlschranke oder Wäschetrockner in der Nähe befinden. Die benötigte Wärme kann auch aus dem angrenzenden Erdreich nachströmen oder – vor allem im Sommer – aus dem natürlichen Luftwechsel der Außenluft stammen.

Da die Leistung der Warmwasser-Wärmepumpe relativ klein ist, muss, um die kurzzeitige Entnahme von z. T. erheblichen Warmwassermengen (z. B. Füllen einer Badewanne) zu ermöglichen, wird die Wärmepumpe mit einem entsprechend großen Warmwasserspeicher kombiniert. Üblich sind Warmwasserspeicher von 200 Litern bis 300 Litern Nenninhalt.

Die Aufheizzeit des Speichers nach vollkommener Entnahme des Warmwasservorrates liegt je nach Lufttemperatur bei minimal 6 Stunden, maximal 10 Stunden. Im normalen Bereitschaftsbetrieb heizt die Wärmepumpe automatisch nach, sobald der Wärmeinhalt des Speichers durch Warmwasserentnahme oder Abkühlung unter einen Mindestwert sinkt. Die übliche Warmwasserentnahme im Haushalt erfolgt meist in kurzzeitigen Spitzen, zwischen denen immer wieder längere Pausen liegen. Damit hat die Wärmepumpe trotz der geringen Heizleistung genügend Zeit zur Nachheizung.

Während der Laufzeit der Wärmepumpe wird die Umgebungsluft um ca. 3 bis 5 K abgekühlt. Eine Kühlung zur Vorratshaltung oder Getränkelagerung kann aber durch die Warmwasser- Wärmepumpe allein nicht gewährleistet werden, da der Wärmeentzug durch das Gerät davon abhängt, wie viel Energie für die Warmwasserversorgung benötigt wird. Bei längeren Bedarfspausen – z. B. bei einer Urlaubsabwesenheit – fällt die Kühlung des Aufstellungsraumes durch die Wärmepumpe praktisch ganz aus. Zum elektrischen Anschluss eines Wärmepumpenspeichers reicht eine normale Wechselstromsteckdose. Kalt- und Warmwasseranschluss werden über Rohrleitungen ausgeführt. Darüber hinaus muss am Aufstellungsort ein Abfluss vorhanden sein, um das Ausdehnungswasser am Sicherheitsventil des Warmwasserspeichers sowie an der Wärmepumpe das aus der Luft anfallende Kondensat abzuleiten.

Warmwasser-Wärmepumpe und Photovoltaik

Die intelligente Regelung der Warmwasser-Wärmepumpe sorgt dafür, dass die Wärmepumpe bevorzugt dann betrieben wird, wenn ausreichend Strom von der Photovoltaikanlage zur Verfügung steht. In dem Fall wird ein zweiter, höherer Warmwasser-Sollwert aktiviert, um besonders viel Energie zu speichern. All das funktioniert automatisch, ohne dass sich der Nutzer Gedanken machen muss, wann genau der richtige Zeitpunkt für den Betrieb der Wärmepumpe ist. Eine Verbindung zwischen Wechselrichter und Warmwasser-Wärmepumpe sorgt dabei für die nötige Kommunikation der beiden Geräte.

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