Wärmepumpen übertragen thermische Energie von einem Ort zum anderen, indem sie mechanische Energie nutzen, anstatt Brennstoff zu verbrauchen. Ein Schlüsselelement des Systems sind die Wärmetauscher. In diesem Artikel werden wir die Funktion des Wärmetauschers einer Wärmepumpe erklären und die verschiedenen Typen betrachten.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Was ist ein Wärmetauscher in einer Wärmepumpe?
Ein Wärmetauscher ist ein Bauteil, das zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes dient. In einer Wärmepumpe sind zwei Wärmetauscher vorhanden: der Verdampfer und der Verflüssiger. Dabei ist der Verdampfer ein Aufnahmewärmetauscher, der Wärme aus einer externen Energiequelle aufnimmt. Der Verflüssiger seinerseits ist ein Abgabewärmetauscher, der durch den Verdichter erzeugte Wärmeenergie an ein Heizungssystem weitergibt.
Die Wärmetauscher machen Wärmepumpen besonders effizient, weil drei Viertel der benötigten Heizenergie aus kostenlosen Quellen stammen. Das restliche Viertel ergibt sich aus dem Strom, den der Verdichter für seinen Betrieb benötigt.
Welche Aufgabe hat der Wärmetauscher und wie funktioniert er?
Die Funktionsweise eines Wärmetauschers besteht darin, die Wärmeenergie von einer Quelle auf ein Arbeitsmedium zu übertragen. Im Falle einer Wärmepumpe bedeutet das:
- im Verdampfer wird die Umgebungswärme von einer externen Energiequelle (etwa die Luft, das Erdreich oder das Grundwasser) an das Kältemittel weitergegeben;
- im Verflüssiger wird die Wärmeenergie aus dem Kältemittel an das Heizungsmedium (entweder Wasser oder Luft) weitergegeben.
Wärmetauscher können entweder einwandig oder doppelwandig konstruiert sein. Bei einwandigen Wärmetauschern mit direktem Kontakt vermischen sich die Flüssigkeiten mit der Zeit - was bei Wärmepumpen nicht gewünscht ist. Daher finden in ihnen nur doppelwandige Wärmetauscher Anwendung, sodass eine Vermischung beider Übertragungsmedien mittels undurchlässiger Barriere verhindert wird.
Obwohl Verdampfer und Verdichter unterschiedliche Aufgaben innerhalb einer Wärmepumpe ausführen, sind beide Bauteile vom Funktionsprinzip und Aufbau her sehr ähnlich. Dadurch lässt sich mit einer Wärmepumpe auch kühlen, indem man die Aufgaben von Verdampfer und Verflüssiger austauscht und den Kältemittelkreislauf umgekehrt. Technisch gesehen geschieht dies mithilfe eines Umschaltventils, zweier Rückschlagventile und eines zweiten Expansionsventils.
Arten von Wärmetauschern bei Wärmepumpen
Fast alle Wärmepumpen verwenden zusammengesetzte oder geschweißte Plattenwärmetauscher (Plattenwärmetauscher) und verschachtelte Wärmetauscher (Koaxialwärmetauscher). Bei größeren Wärmepumpensystemen können mehrere Wärmetauscher eingesetzt werden, um das Kältemittel zu kondensieren und Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus zu erzeugen.
Die Leistung von Wärmepumpen ist umso besser, je geringer der Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf eines Heizungssystems. Deshalb sind Heizsysteme mit niedrigen Vorlauftemperaturen, wie eine Fußbodenheizung, ideal in Verbindung mit einer Wärmepumpe.
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Wärmetauscher sind für eine funktionierende Wärmepumpe unerlässlich. Ohne sie wäre ein effektiver Energietransport in beide Richtungen, wie er für die Temperaturregulierung in Gebäuden erforderlich ist, nicht möglich. Sie übertragen thermische Energie von einem Medium zu einem anderen und halten dabei eine konstante Temperatur im System aufrecht. Dies ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen, sodass Gebäude effektiv geheizt und gekühlt werden können.
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