Der Temperaturhub PDF Drucken E-Mail

Maßgeblich für die Wärmeleistung und damit der Effizienz ist der Temperaturhub.

Der Temperaturhub ist die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle (oder dem Verdampfer) und der Vorlauftemperatur  des Heizwassers (Verflüssiger), auf deren Niveau die Wärmepumpe die Temperatur anheben muss. Je größer der Temperaturhub ausfällt, desto mehr Energie in Form von Strom benötigt die Wärmepumpe. Die Carnot’sche Leistungszahl ist die maximal mögliche Leistungszahl und wird berechnet über εWP, C = Tc / Tc - To

Dabei sind: 

Tc = Verflüssigungstemperatur in K; Beispiel: tc = 40 °C; Tc = 273 + 40 = 313 K

To = Verdampfungstemperatur in K; Beispiel: to = -5 °C; To = 273 – 5 = 268 K

Somit ist die Carnot’sche Leistungszahl bei diesen Bedingungen:

εWP, C = 313 K /  313 K – 268 K = rd. 7 ; εWP, tatsächlich = 0,5 x εWP, C = rd. 3, 5

Beträgt die Verflüssigungstemperatur anstatt 40 °C  nur tc = 30 °C - so ergibt sich (bei gleicher Verdampfungstemperatur von to = -5 °C) - eine Carnot’sche Leistungszahl von εWP, C = rd. 9 und damit eine reale Leistungszahl von εWP, tatsächlich = 0,5 x εWP, C = rd. 4, 5.

Über diese Faustformel kann die Leistungszahl überschlägig aus den Temperaturdifferenzen zwischen Verdampfer und Verflüssiger berechnet werden. Allerdings sind keine idealen Prozesse möglich, aufgrund thermischer, mechanischer und elektrischer Verluste und der Hilfsantriebe.   Die effektiv erreichbare Leistungszahl muss mit dem Faktor 0,5  multipliziert werden und ist damit etwa halb so groß wie die des Carnotprozesses. Je kleiner der Temperaturhub ist, desto größer ist nicht nur die Leistungszahl der Wärmepumpe, sondern damit auch die Arbeitszahl der Wärmepumpen-Anlage und umso wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe.

Leistungszahl

Die Leistungszahl ist aber noch von weiteren Faktoren wie etwa der Temperaturspreizung von Wärmequelle und Wärmenutzung abhängig.

Eine hohe Leistungs- und damit auch hohe Jahresarbeitszahl erhält man in erster Linie durch eine Wärmequelle mit möglichst gleichbleibend hoher Temperatur, wie dem Grundwasser, dessen Temperatur  im Jahresmittel etwa 10 °C beträgt,  minimal ca. 8 °C, maximal ca. 12 °C. Auf der Wärmenutzungsseite sind möglichst niedrige Heizungstemperaturen anzustreben. Aus diesem Grund bieten sich bei Wärmepumpen Flächenheizungen an, die mit Vorlauftemperaturen von unter 30 °C betrieben werden können. Zu klein dimensionierte Heizkörper sind gegen größere bzw. leistungsfähigere zu tauschen, damit auch dort mit möglichst niedrigen Heizwasser-Temperaturen gearbeitet werden kann. Genauso ist die Hydraulikseite (Heizwasservor- und -rücklauf) unbedingt auf eine niedrige Spreizung bei einem hohen Volumenstrom zu modifizieren.

Technisch ist es ohne weiteres möglich, 80 °C und mehr mit einer Wärmepumpe zu erzeugen. Wirtschaftlich macht es keinen Sinn!

Grob kann von der Formel ausgegangen werden, dass jedes Grad mehr an Temperaturhub etwa 3% mehr an elektrischer Energie kostet. Es kann nicht deutlich genug gesagt werden:

Runter mit den Vorlauftemperaturen, mit allen vertretbaren Mitteln!