Der Verdampfer in einer Wärmepumpe spielt eine entscheidende Rolle im Prozess der Wärmeaufnahme. In diesem Artikel erklären wir die Funktion von Verdampfern in Wärmepumpen und stellen die verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Typen vor.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Was ist ein Verdampfer einer Wärmepumpe?
Der Verdampfer ist ein wesentlicher Bestandteil einer Wärmepumpenanlage, der zur Aufnahme der Umgebungswärme (aus der Luft, aus dem Erdreich oder aus dem Grundwasser) verantwortlich ist. Der Verdampfer ist somit ein Wärmetauscher zwischen zwei Medien: dem Kältemittel und der externen Energiequelle.
Wie funktioniert ein Verdampfer einer Wärmepumpe?
Im Verdampfer geht das Kältemittel von seinem flüssigen in einen gasförmigen Zustand über. Dies geschieht, indem die Wärmeenergie aus der Umgebung vom Kältemittel aufgenommen wird. Diese Umgebungswärme wird dann auf den Wärmetauscher übertragen und an den Verdichter weitergeleitet. Der Verdampfungsprozess erzeugt die notwendige Wärmeenergie, damit die Wärmepumpe effizient arbeiten kann.
Arten von Verdampfungsprozessen
Beim Prozess der Kältemittelverdampfung werden zwei Haupttechniken eingesetzt: die Trockenverdampfung und die Überflutungsverdampfung.
- Bei der Trockenverdampfung wird das Kältemittel dem Verdampfer über ein Expansionsventil zugeführt, und die Kältemittelmenge anhand der Differenz zwischen Gas- und Sättigungstemperatur geregelt. Das gasförmige Kältemittel verlässt dann den Verdampfer und wird durch die Überhitzung "trocken". Dies trägt dazu bei, dass weniger Feuchtigkeit im Verdampfer vorhanden ist. Dadurch können beispielsweise Probleme mit der elektrischen Leitfähigkeit verringert werden.
- Bei der Überflutungsverdampfung wird das Kühlmittel dem Verdampfer über einen Hoch- oder Niederspannungs-Schwimmerregler zugeführt. Die Kühlmittelmenge wird entsprechend der Flüssigkeitsphase auf der Hoch- oder Niederdruckseite dosiert. Am Austritt aus dem Verdampfer ist das Kältemittelgas nur leicht überhitzt und wird daher als "durchfeuchtet" bezeichnet.
Da es keine minimalen Temperaturunterschiede zwischen dem Medium und dem Kältemittel geben muss, bieten überflutete Verdampfer in der Regel eine bessere Leistung. Des Weiteren lässt sich diese Art von Verdampfer einfacher reinigen.
Bei einigen Systemen werden beide Techniken miteinander kombiniert, um zusätzliche Kühlleistung, Flexibilität und Energieeinsparungen zu erzielen. Für Einfamilienhäuser werden meist Wärmepumpen mit Trockenverdampfung angewendet.
Verdampfer in verschiedenen Wärmepumpentypen
Je nach Wärmepumpenart werden verschiedene Formen von Verdampfer eingesetzt.
Eine Luftwärmepumpe nutzt die umgebende Luftwärme als Energiequelle. Dafür wird ein Wärmepumpen-Außengerät installiert. Bei diesen Wärmepumpen besteht der Kältemittelverdampfer aus Kupferrohren, auf denen Lamellen aus Aluminium angebracht sind. Ein Ventilator leitet die Luft über die Aluminiumlamellen und sorgt für die Aufnahme der Luftwärme.
Bei Erdwärmepumpen ist der Verdampfer mit einem Erdwärmetauscher verbunden, beispielsweise Erdsonden, Erdkollektoren, Erdwärmekörbe oder Eisspeicher. Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen ist der Verdampfer an das Grundwasser angeschlossen. Dabei handelt es sich um eine indirekte Verbindung, denn der Verdampfer besteht bei diesen beiden Wärmepumpentypen aus einem Plattenwärmetauscher. So können beide Übertragungsmedien Wärme austauschen, ohne dabei miteinander in Kontakt zu treten und somit vermischt zu werden.
Verschiedene Antriebsarten von Verdampfern
Abgesehen davon werden Verdampfer auch nach der Antriebsart im Kühlmittelkreislauf in Naturumlaufverdampfer und Zwangsumlaufverdampfer eingeteilt.
- Naturumlaufverdampfer nutzen die natürlichen Konvektionsströme, die durch die Blasenbildung entstehen, um die Flüssigkeit ohne den Einsatz einer Pumpe umzuwälzen. Bei der Wärmeübertragung bilden sich Blasen, die ihrerseits einen Auftrieb erzeugen, der die Flüssigkeit nach oben bewegt. Dies ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung und einen effizienten Verdampfungsprozess, ohne dass externe Pumpen oder andere Formen der Energiezufuhr erforderlich sind.
- Zwangsumlaufverdampfer benötigen eine Umwälzpumpe, um das Kühlmittel umzuwälzen. Sie werden in der Regel bei niedrigen Drücken (unter 300 mbar bis zu 50 mbar) oder bei hochsiedenden Gemischen eingesetzt. Zwangsumlaufverdampfer können dazu beitragen, den Wirkungsgrad zu erhöhen. Dafür fallen die Betriebskosten bei dieser Antriebsart höher aus.
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