<\/p>
W\u00e4rme flie\u00dft auf nat\u00fcrliche Weise von einer h\u00f6heren zu einer niedrigeren Temperatur. W\u00e4rmepumpen sind jedoch in der Lage, den W\u00e4rmestrom in die andere Richtung zu zwingen, indem sie eine relativ kleine Menge an hochwertiger Antriebsenergie (Strom, Kraftstoff oder Hochtemperatur-Abw\u00e4rme) verwenden. So k\u00f6nnen W\u00e4rmepumpen W\u00e4rme aus nat\u00fcrlichen W\u00e4rmequellen in der Umgebung (z. B. Luft, Boden oder Wasser) oder aus k\u00fcnstlichen W\u00e4rmequellen (z. B. Industrie- oder Haushaltsabf\u00e4lle) an ein Geb\u00e4ude oder eine industrielle Anwendung \u00fcbertragen. W\u00e4rmepumpen k\u00f6nnen auch zur K\u00fchlung eingesetzt werden. Die W\u00e4rme wird dann in umgekehrter Richtung von der zu k\u00fchlenden Anwendung an die Umgebung mit einer h\u00f6heren Temperatur \u00fcbertragen. Manchmal wird die \u00fcbersch\u00fcssige W\u00e4rme aus der K\u00fchlung genutzt, um einen gleichzeitigen W\u00e4rmebedarf zu decken.
Um W\u00e4rme von einer W\u00e4rmequelle zu einer W\u00e4rmesenke zu transportieren, wird externe Energie f\u00fcr den Antrieb der W\u00e4rmepumpe ben\u00f6tigt. Theoretisch ist die von der W\u00e4rmepumpe gelieferte Gesamtw\u00e4rme gleich der der W\u00e4rmequelle entzogenen W\u00e4rme plus der zugef\u00fchrten Antriebsenergie. Elektrisch betriebene W\u00e4rmepumpen f\u00fcr die Geb\u00e4udeheizung liefern in der Regel 100 kWh W\u00e4rme mit nur 20-40 kWh Strom. Viele industrielle W\u00e4rmepumpen k\u00f6nnen eine noch h\u00f6here Leistung erzielen und die gleiche W\u00e4rmemenge mit nur 3-10 kWh Strom liefern.
Da W\u00e4rmepumpen weniger Prim\u00e4renergie verbrauchen als herk\u00f6mmliche Heizsysteme, sind sie eine wichtige Technologie zur Verringerung umweltsch\u00e4dlicher Gasemissionen wie Kohlendioxid (CO2), Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx). Die Gesamtumweltauswirkungen von Elektrow\u00e4rmepumpen h\u00e4ngen jedoch stark davon ab, wie der Strom erzeugt wird. W\u00e4rmepumpen, die mit Strom aus Wasserkraft oder erneuerbaren Energien betrieben werden, reduzieren die Emissionen st\u00e4rker als solche, die in Kohle-, \u00d6l- oder Gaskraftwerken erzeugt werden.
Die beiden wichtigsten W\u00e4rmepumpentypen<\/b><\/font> Theoretisch kann das W\u00e4rmepumpen durch viele weitere thermodynamische Zyklen und Verfahren erreicht werden. Dazu geh\u00f6ren Stirling- und Vuilleumier-Zyklen, einphasige Zyklen (z. B. mit Luft, CO2 oder Edelgasen), Feststoff-Dampf-Sorptionssysteme, Hybridsysteme (insbesondere die Kombination von Dampfkompressions- und Absorptionszyklus) sowie elektromagnetische und akustische Verfahren. Einige dieser Verfahren kommen gerade auf den Markt oder haben die technische Reife erreicht und k\u00f6nnten in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Dampfkompression<\/b><\/font> <\/p> Ein Elektromotor treibt den Kompressor (siehe Abbildung 1) mit sehr geringen Energieverlusten an. Die Gesamtenergieeffizienz der W\u00e4rmepumpe h\u00e4ngt stark davon ab, wie effizient der Strom erzeugt wird. Dies wird im Abschnitt \u00fcber die Leistung der W\u00e4rmepumpe er\u00f6rtert. ›››<\/span> <\/font><\/b><\/p> Wenn der Kompressor von einem Gas- oder Dieselmotor angetrieben wird (siehe Abbildung 2), wird neben der Kondensatorw\u00e4rme auch die W\u00e4rme des K\u00fchlwassers und des Abgases genutzt. <\/p> Industrielle Dampfkompressions-W\u00e4rmepumpen verwenden h\u00e4ufig das Prozessmedium selbst als Arbeitsmedium in einem offenen Kreislauf. Diese W\u00e4rmepumpen werden im Allgemeinen als mechanische Br\u00fcdenkompressoren oder MVRs bezeichnet; siehe den Abschnitt \u00fcber W\u00e4rmepumpen in der Industrie. ›››<\/span> <\/font><\/b><\/p><\/li><\/ul> <\/font> <\/p><\/td> Abbildung 1: Geschlossener Kreislauf, elektromotorisch angetriebene Dampfkompressionsw\u00e4rmepumpe<\/p> <\/p> Abbildung 2: Geschlossener Kreislauf, motorbetriebene Dampfkompressionsw\u00e4rmepumpe.<\/p> <\/p> Abbildung 3: Absorptionsw\u00e4rmepumpe<\/p> <\/p> Absorption<\/b><\/font> <\/p> Absorptionssysteme nutzen die F\u00e4higkeit von Fl\u00fcssigkeiten oder Salzen, den Dampf der Arbeitsfl\u00fcssigkeit zu absorbieren. Die h\u00e4ufigsten Arbeitspaare f\u00fcr Absorptionssysteme sind:<\/p> <\/p> Wasser (Arbeitsmittel) und Lithiumbromid (Absorptionsmittel); und <\/p> Ammoniak (Arbeitsmittel) und Wasser (Absorptionsmittel). <\/p><\/li><\/ul><\/blockquote> In Absorptionssystemen wird die Verdichtung des Arbeitsmittels thermisch in einem L\u00f6sungskreislauf erreicht, der aus einem Absorber, einer L\u00f6sungspumpe, einem Generator und einem Expansionsventil besteht, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der Niederdruckdampf aus dem Verdampfer wird im Absorptionsmittel absorbiert. Bei diesem Vorgang wird W\u00e4rme erzeugt. Die L\u00f6sung wird auf hohen Druck gepumpt und gelangt dann in den Generator, wo das Arbeitsmittel mit externer W\u00e4rmezufuhr bei hoher Temperatur abgek\u00fchlt wird. Das Arbeitsmittel (Dampf) wird im Kondensator kondensiert, w\u00e4hrend das Absorptionsmittel \u00fcber das Expansionsventil in den Absorber zur\u00fcckgef\u00fchrt wird.<\/p> <\/p> Die W\u00e4rme wird der W\u00e4rmequelle im Verdampfer entzogen. Die Nutzw\u00e4rme wird bei mittlerer Temperatur im Kondensator und im Absorber abgegeben. Im Generator wird Hochtemperaturw\u00e4rme zum Betrieb des Prozesses bereitgestellt. F\u00fcr den Betrieb der L\u00f6sungspumpe kann eine geringe Menge Strom erforderlich sein.<\/p> Zu W\u00e4rmetransformatoren, die durch die gleichen Absorptionsprozesse Abw\u00e4rme aufwerten k\u00f6nnen, ohne eine externe W\u00e4rmequelle zu ben\u00f6tigen, siehe den Abschnitt \u00fcber W\u00e4rmepumpen in der Industrie.<\/p><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Heat Pump Technology Heat flows naturally from a higher to a lower temperature. 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Fast alle derzeit in Betrieb befindlichen W\u00e4rmepumpen basieren entweder auf einem Dampfkompressions- oder auf einem Absorptionszyklus. Diese beiden Prinzipien werden in den folgenden beiden Abschnitten kurz er\u00f6rtert.
Die \u00fcberwiegende Mehrheit der W\u00e4rmepumpen arbeitet nach dem Prinzip des Dampfkompressionszyklus. Die Hauptkomponenten eines solchen W\u00e4rmepumpensystems sind der Kompressor, das Expansionsventil und zwei W\u00e4rmetauscher, die als Verdampfer und Verfl\u00fcssiger bezeichnet werden. Die Komponenten sind so miteinander verbunden, dass sie einen geschlossenen Kreislauf bilden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Eine fl\u00fcchtige Fl\u00fcssigkeit, das so genannte Arbeitsmittel oder K\u00e4ltemittel, zirkuliert durch die vier Komponenten.<\/p>
Im Verdampfer wird die Temperatur der fl\u00fcssigen Arbeitsfl\u00fcssigkeit niedriger gehalten als die Temperatur der W\u00e4rmequelle, so dass W\u00e4rme von der W\u00e4rmequelle zur Fl\u00fcssigkeit flie\u00dft und die Arbeitsfl\u00fcssigkeit verdampft. Der Dampf aus dem Verdampfer wird auf einen h\u00f6heren Druck und eine h\u00f6here Temperatur verdichtet. Der hei\u00dfe Dampf gelangt dann in den Kondensator, wo er kondensiert und Nutzw\u00e4rme abgibt. Schlie\u00dflich wird das unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel im Expansionsventil auf den Druck und die Temperatur des Verdampfers entspannt. Das Arbeitsmittel wird in seinen urspr\u00fcnglichen Zustand zur\u00fcckgef\u00fchrt und gelangt erneut in den Verdampfer. Der Kompressor wird in der Regel von einem Elektromotor, manchmal auch von einem Verbrennungsmotor angetrieben. <\/p> <\/td> ![\"Figure](\"http:\/\/www.heatpumpcentre.org\/About_heat_pumps\/HP_technology_Fig1.gif\")
<\/p><\/td><\/tr>![\"Figure](\"http:\/\/www.heatpumpcentre.org\/About_heat_pumps\/HP_technology_Fig2.gif\")
<\/p><\/td><\/tr>![\"Figure](\"http:\/\/www.heatpumpcentre.org\/About_heat_pumps\/HP_technology_Fig3.gif\")
<\/p><\/td><\/tr><\/tbody><\/table>
Absorptionsw\u00e4rmepumpen werden thermisch angetrieben, d. h. der Kreislauf wird durch W\u00e4rme und nicht durch mechanische Energie angetrieben. Absorptionsw\u00e4rmepumpen f\u00fcr die Raumklimatisierung werden h\u00e4ufig mit Gas befeuert, w\u00e4hrend Industrieanlagen in der Regel mit Hochdruckdampf oder Abw\u00e4rme betrieben werden.<\/p>