Schwerpunkt Wärmepumpe - Bauteile - Bezeichnungen - Technik

1. Stelle: Wärmequellenmedium, das über den Verdampfer geführt wird z.B. Luft, Wasser, Sole
2. Stelle: Wärmeabnahmemedium, das über den Kondensator geführt wird z.B. Wasser (einer Heizungsanlage), (Zu-)Luft (einer Lüftungsanlage)

• Luft/Wasser-Wärmepumpe: Wärmequellenmedium Luft, Wärmeabnahmemedium Wasser
• Sole/Wasser-Wärmepumpe: Wärmequellenmedium Sole, Wärmeabnahmemedium Wasser

• w water (Wasser)
• b brine (Sole)
• a air (Luft)

• Wärmequellenmedium Sole mit Eintrittstemperatur vor dem Verdampfer von 0 °C

• Wärmeabnahmemedium Wasser mit Austrittstemperatur nach dem Kondensator von 35 °C

Wärmepumpe Funktionsprinzip

Wärmepumpen Modellbeispiele

Vitocal 300 Sole/Wasser-Wärmepumpe	Vitocal 300 Wasser/Wasser-Wärmepumpe bis 106,8 kW Leistung	Buderus WPW 140 I
Waterkotte	Suntherm-Diener

Bauteile einer Luft/Wasser-Wärmepumpe

• Sammler: Zwischenspeicherung von Kältemittel, Zurückhalten der Gasphase

• Filtertrockner: Bindung von Feuchtigkeit und Schmutz

• Schauglas: Blasen bedeute Kältemittelmangel oder Verstopfung des Filtertrockners, Farb-Indikator zur Feuchtigkeitsanzeige

• Expansionsventil: temperaturabhängige Regelung des Kältemittelstromes -> ausreichende Überhitzung vor Verdichter

• Verdichter: Abdichtung zur Reduktion von Kältemittelleckagen -> verschiedene Bauweisen

• vollhermetisch: Elektromotor im Verdichtergehäuse integriert + Gehäuse verschweißt, Motor kältemittelumspült

• halbhermetisch: Elektromotor im Verdichtergehäuse integriert + Gehäuse verschraubt, Motor kältemittelumspült

• offen: Elektromotor außerhalb des Verdichtergehäuses + Wellenabdichtung mittels Gleitringen

Bauarten der Verdichter

Hubkolben - Verdichter	Scroll - Verdichter	Rollkolben - Verdichter	Zweiwellen - Schraubenverdichter
Vollhermetische Verdichter beinhalten in einem dicht verschlossenen (verschweissten) Gehäuse sowohl den Verdichter, als auch den Antriebsmotor. Sie können nicht mehr geöffnet und revidiert werden (im Normalfall). lange dominierend bei Wärmepumpen, hohe Stückzahl, preiswert, großes Leistungsspektrum heute vor allem bei Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Kältemittel Propan, drehzahlgeregelt	eine feststehende und eine kreisförmig exzentrisch schwingende Spirale wachsendes Angebot in Kälte- und Klimatechnik, jetzt auch in Wärmepumpen typisch: kleine Leistungen Vorteile/Nachteile gegenüber Hubkolbenverdichter Pro: ca. 20 % höhere Leistungszahl, leiser, kleiner, bessere Leistungsabstufungen Contra: Schmierprobleme bei niedrigen Drehzahlen d.h. meist keine Drehzahlregelung keine Freigabe der Hersteller für Kältemittel Propan vor allem bei Sole/Wasser-WP mit Kältemittel R407c (HFKW-Gemisch), Ein/Aus-geregelt	häufig in umschaltbaren Kühl/Heizgeräten, typisch: kleine Leistungen Diese Verdichterbauart besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, in dem sich ein exzentrischer Kolben dreht. Ein Trennschieber unterteilt den Verdichterraum in einen Saug- und einen Druckraum. Rollkolbenverdichter werden vor allem in Japan hergestellt.	1. Sauggasfilter 2. Antriebsmotor 3. Hauptrotor 4. Nebenrotor 5. Rückschlagventil 6. Filter ineinander kämmende Walzen - wie Schraube und Mutter - mit unterschiedlicher Steigung typisch mittlere bis sehr große Leistungen: Beim Schraubenverdichter wird das Kältemittel in walzenförmigen Rotoren verdichtet. Schraubenverdichter erreichen hohe Druckverhältnisse und haben keinen schädlichen Raum.

meist:

Verwendung von Massen-Verdichtern aus Kälte/Klimatechnik - Eigenentwicklung für Wärmepumpen lohnt nicht

NEUES COPELAND ANGEBOT Copeland Scrollverdichter sind schon bei allen namhaften Wärmepumpenherstellern im Einsatz (vergl.Sie die zwei Etiketten auf den Scrollverdichtern). Jetzt hat Copeland viel in die Entwicklung dieser komplett neuen Baureihe von ZH Wärmepumpen - Scrollverdichtern investiert und umfangreiche Testreihen zur Optimierung dieser ZH-Verdichter durchgeführt. VORTEILE DES ZH SCROLLVERDICHTERS Die neue ZH Scrollverdichterbaureihe für den Einsatz in Wärmepumpen zeichnet sich durch eine sehr effiziente Anwendung aus. Weiterhin bleiben die guten Eigenschaften in Bezug auf Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Verdichters erhalten. MEHR WÄRMELEISTUNG Wie bei allen Scrollverdichtern ist die hohe Leistung bei niedrigen Verdampfungstemperaturen (Wärmequelle) eine positive Eigenschaft, die den Wärmebedarf im Vergleich zu Hubkolbenverdichtern besser abdecken kann, was wiederum weniger zusätzliches Heizen erforderlich macht.

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Verdampfer und Kondensator - Bauarten

Koaxial-Wärmeaustauscher	Platten-Wärmeaustauscher	Rohrbündel-Wärmeaustauscher für große Leistungen
		Rohrbündel U-Rohrbündel
Sole oder Heizungswasser	Sole oder Heizungswasser
Koaxialverdampfer bestehen aus einem Doppelrohr. Im inneren Roh wird das Kältemittel geführt. Im Gegenstrom fliesst das Wasser oder die Sole im äusseren Mantelrohr. Durch ringförmige Anordnung des Doppelrohres wird eine kompakte Bauweise erreicht.	Plattenverdampfer werden vor allem bei kleineren Leistungen eingebaut. Als grosser Vorteil gilt die sehr kleine Kältemittelfüllmenge. Allerdinges können Plattenverdampfer ihrer kleinen Füllmenge wegen auch viel schneller Eis (sekundärseitig) ansetzen. Geeignete Frostschutzmassnahmen sind daher unumgänglich.	Beim Rohrbündelverdampfer erfolgt die Kältemittelverdampfung in den Rohren des Wärmeübertragers, während das Wasser oder die Sole im Mantelraum quer zu den Rohren strömt. Diese Querströmung wird durch den Einbau von Umlenkblechen erreicht. Da der Wärmeübergang auf der Kältemittelseite wesentlich schlechter ist, als auf der Wasserseite, werden die Rohre teilweise mit Innenlamellen versehen.

Verdampfer für Luftkühlung werden auch als Direktverdampfer bezeichnet. Es sind Rippenrohrkühler und bestehen vor allem aus Kupferrohren mit Lamellen. Der k-Wert hängt vor allem von der Luftgeschwindigkeit ab. Direktverdampfer werden dort eingesetzt, wo möglichst viel Luftfeuchte ausgeschieden werden muss. • Überflutete und trockene Verdampfer Dem überfluteten Verdampfer wir ein Überschuss an Kältemittel zugeführt. Dabei wird der Flüssigkeitsstand im Verdampfer mit einem Niveauregler (Schwimmerventil) konstant gehalten. Durch diese Betriebsweise kann ein verbesserter k-Wert erreicht werden, da die Rohre mit flüssigem Kältemittel benetzt sind. Beim trockenen Verdampfer wird das Kältemittel mit einem Einspritzventil als Gemisch aus Kältemitteltröpfchen und Kältemitteldampf zugeführt. Die meisten Verdampfer werden als Trockenverdampfer ausgelegt. • Frostschutzmassnahmen für Verdampfer Je nach Verdampferbauart kommen folgende Frostschutzmassnahmen zur Anwendung: Leistungsregler Ein Leistungsregler ist ein zusätzliches Einspritzventil, das bei zu tiefen Verdampfungstemperaturen Heissgas in den Verdampfer einspritzt. Die Einstellung der Leistungsregelung ist heikel, da unbemerkt eine Heissgaseinspritzung erfolgen kann, was eine Energievernichtung bedeutet. Temperaturmessung Dabei wird die Sekundär-Austrittstemperatur gemessen und der Kompressor bei Unterschreitung der eingestellten Temperatur ausgeschaltet. Druckdifferenzmessung Sekundärseitig wird die Druckdifferenz über den Verdampfer gemessen. Dabei kann eine zu tiefe Druckdifferenz (zu kleiner Massenstrom) oder eine zu grosse Druckdifferenz (Eisbildung) festgestellt werden.

Verflüssiger (Kondensator)

Die im Kälteprozess anfallende Wärme wird im Verflüssiger an ein Kühlmedium abgegeben. Grundsätzlich gibt es drei Verflüssigertypen:
• wassergekühlte Verflüssiger,
• luftgekühlte Verflüssiger,
• Verdunstungsverflüssiger.

Die häufigste Bauart bei den wassergekühlten Verflüssigern sind die Plattenwärmetauscher und Röhrenkesselverflüssiger in Form eines Rohrbündelwärmeaustauschers, bei dem das Kühlwasser durch die Rohre fließt und das Kältemittel im Mantelraum kondensiert . Sein Einsatz ist mit einem sehr hohen Wasserverbrauch verbunden, wenn das Wasser nicht im Kreislauf über einen Kühlturm oder einen Trockenkühler rückgekühlt wird.

	Heattransfer	Viessmann Vitotrans 100PWT

Auch die Wärmetauscher (Plattenwärmetauscher, Hochleistungsplattenwärmetauscher oder Verflüssiger genannt) sind um Großteil Massenprodukte, die in zahlreichen Geräten Verwendung finden.

Elektronischer Softstarter

Die VSB-Soft-Start-Geräte bringen Elektromotoren innerhalb der am Gerät eingestellten Hochlaufzeiten auf Nenndrehzahl. Die Hochlaufzeit wird dabei auf die leichteste im Normalbetrieb auftretende Last ausgerichtet und entsprechend kurz gehalten. Die VSB-Soft-Start-Geräte optimieren somit das Zusammenspiel von Elektromotoren und angeschlossenen Aggregaten und tragen zu Verschleißschutz, Anlaufstabilität und Zuverlässigkeit bei.

Druckschalter

	Expansionsventil In diesem sich vor dem Verdampfer befindenden Bauteil wird das Kältemittel in Abhängigkeit vom Temperaturfühler am Verdampferausgang auf den entsprechenden Verdampfungsdruck geregelt.
	Druckschalter