Patentiertes solares Wärmepumpensystem

Energieeffizienz für Heizung und Warmwasserbereitung

Ziel der Koppelung beider Technologien ist die Bereitstellung von Warmwasser und Heizungswärme mit einer wesentlich größeren Energieeinsparung als dies bei heizungsunterstützenden Solaranlagen oder Wärmepumpen allein möglich ist.

Bernhard Mertel
Nachdem Ende Juni 2007 die neue Energieeinsparverordnung vom Bundeskabinett verabschiedet wurde, hat Baden-Württemberg als eines der ersten Bundesländer die Nutzung erneuerbarer Energien für Neubauten zum Standard erklärt. Gleichzeitig wird die Technologie alternativer Energiegewinnung immer effizienter. Die beiden Spezialisten für solare und regenerative Heiztechnik, Westfa und Consolar, haben gemeinsam eine Anlage für Heizung und Warmwasserbereitung als ein Komplettsystem entwickelt, das Wärmepumpe und Solarwärme erfolgreich miteinander verbindet. Das patentierte solare Wärmepumpensystem, auch „THERMA exklusiv” genannt, soll bis zu 85 % des Heizenergiebedarfs eines Haushaltes aus regenerativen Energiequellen decken können. Dies entspricht einer Primär-Energieeinsparung von 60 % beim konventionellen Strommix in Deutschland.

Sowohl solarthermische Anlagen als auch Wärmepumpen sind bereits für sich genommen zwei effektive Technologien, die aber zurzeit noch trotz permanenter Weiterentwicklung zur kompletten Deckung des Wärmebedarfs durch Öl, Gas, Biomasse oder Strom ergänzt werden müssen. Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung beispielsweise decken nur ungefähr 25 % des in einem Haushalt benötigten Energiebedarfs ab. Wärmepumpen ermöglichen eine Primärenergieeinsparung von etwa 30 %.

Die Nachteile: In der kalten Jahreszeit steigt der Stromverbrauch, insbesondere bei Luft-Wasser-Wärmepumpen, weil deren Leistung bei niedrigen Außentemperaturen sinkt. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe ist darüber hinaus die Installation von Erdsonden zur Nutzung der Erdwärme mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden.

Ziel der Koppelung beider Technologien ist die Bereitstellung von Warmwasser und Heizungswärme mit einer wesentlich größeren Energieeinsparung, als dies bei heizungsunterstützenden Solaranlagen oder Wärmepumpen allein möglich ist. Allerdings schien eine solche Kombination wegen der unterschiedlichen Arbeitsweisen beider Systeme bisher unmöglich. Das Problem: Die Koppelung einer Solaranlage mit einer Wärmepumpe würde deren Rücklauftemperatur steigern und gleichzeitig deren Arbeitszahl senken, während die umgekehrte Koppelung die Temperaturschichtung im Speicher zerstören würde.

ERFOLGREICHE KOPPELUNG FÜR MEHR ENERGIEEFFIZIENZ

Mit der Entwicklung des „THERMA exklusiv” wurde eine Lösung zur Verbindung beider Systeme gefunden. Der Entwicklung lagen hauptsächlich zwei Annahmen zu Grunde: 1. Sonnenkollektoren arbeiten bei niedrigen Rücklauftemperaturen im Solarkreis am besten. 2. Kollektoren erreichen wesentlich günstigere Vorlauftemperaturen, als dies mit einer Wärmepumpe bei Nutzung der Umgebungswärme möglich wäre.

PATENTIERTES FUNKTIONSPRINZIP

Zum Erzielen eines maximalen Wirkungsgrades bei niedrigen Außentemperaturen arbeitet das System mit zwei unterschiedlichen Speichern, Abb.2: Scheint die Sonne, stellt ein Kombispeicher – wie bei herkömmlichen Solaranlagen – die für Heizung und Warmwasserbereitung erforderlichen Temperaturen bereit. Bei zu geringer Sonneneinstrahlung wird der Solarkreis direkt durch einen 320 Liter fassenden Latentwärmespeicher geleitet, der auf Wasser-Eisbasis arbeitet und durch Auftauen und Einfrieren von Wasser sehr viel Energie auf kleinem Raum speichern kann. Der Latentwärmespeicher steht der Wärmepumpe als Wärmequelle zur Verfügung. Sobald die Sonneneinstrahlung groß genug ist, um die Wärmeversorgung ohne Wärmepumpe zu sichern, belädt die Solaranlage wieder direkt den Kombispeicher. Darüber hinaus nutzen die Kollektoren nicht nur die Sonnenenergie, sondern außerdem zusätzlich noch die Umgebungswärme als Energiequelle. Die so gewonnene Wärme wird ebenfalls durch den Solarkreis zum Latentspeicher der Wärmepumpe geleitet. Da in beiden Fällen der Solarkreis als Medium genutzt wird, wird die Wärme je nach Bedarf an den Kombispeicher oder an den Latentwärmespeicher abgegeben. Durch die zweifache Nutzung der Kollektoren kann dieses System, im Vergleich zu gewöhnlichen Solaranlagen, mit tiefstmöglichen Solarkreistemperaturen betrieben werden und so eine sehr hohe Effizienz erreichen.

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