Wie funktioniert die Wärmepumpe?
Abbildung 1: Typische Wärmepumpeneinheit.
Die Wärmepumpe überträgt die Wärme zwischen heizen / kühlen Verteilungssystem und die Erdverbindung. Es ist der Grundbaustein des GSHP-Systems. Die häufigste Art von Wärmepumpe, die mit GSHP-Systemen verwendet wird, ist eine Wasser-Luft-Einheit mit einer Kühlleistung von 3,5 bis 35 kW. Die Wasser-Luft-Kennzeichnung weist darauf hin, dass es sich bei der Flüssigkeit, die Wärme von und zu der Erdverbindung befördert, um Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel handelt und dass das Wärmeverteilungssystem im Gebäude heiße oder kalte Luft verwendet.
Die Wärmepumpe kann eine Einheit mit erweitertem Bereich sein, die im Heizmodus niedrigere Eintrittstemperaturen und im Kühlmodus höhere Eintrittstemperaturen ermöglicht.
Alle Komponenten dieser Art von Wärmepumpe sindin einem Gehäuse: der Kompressor, ein Kältemittelwärmetauscher mit Erdverbindung und Steuerungen sowie ein Luftverteilungssystem, das Luftaufbereiter, Kanalventilator, Filter, Kältemittel-Luft-Wärmetauscher und ein Kondensatabscheidungssystem für die Klimaanlage enthält. Eine typische Wärmepumpeneinheit ist in dargestellt Abbildung 1.
Für Wohnanwendungen und kleine gewerbliche ZweckeBei Systemen ist eine einzelne Wärmepumpeneinheit ausreichend. Bei größeren kommerziellen, institutionellen oder industriellen Systemen werden typischerweise mehrere Wärmepumpeneinheiten in einem verteilten Netzwerk verwendet, das mit einer gemeinsamen Fluidschleife verbunden ist.
Die Wärmepumpe arbeitet mit dem gleichen Zyklus wie a Kühlschrank. Die Wärmepumpe verwendet Kompression und Expansion vonEin Kältemittel zum Treiben von Wärme fließt zwischen dem Gebäudeinneren und der Erdverbindung. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik fließt Wärme nur von heißer zu kälterer Materie, aber eine Wärmepumpe zieht die Wärme bei etwa 5 ° C aus dem Boden und heizt damit ein Gebäude auf 21 ° C. Zu bestimmten Jahreszeiten ist die Bodentemperatur so, dass die Wärme ohnehin in die gewünschte Richtung fließen würde. Möglicherweise muss die Wärmepumpe jedoch noch arbeiten, um sicherzustellen, dass der Wärmestrom ausreichend ist.
Diese Rate hängt von der Temperatur abUnterschied zwischen Wärmepumpe und Erdungsanschluss: Je höher die Temperatur des Gebäudes ist, umso besser ist die Übertragungsrate beim Erdanschluss.
Im Heizmodus arbeitet die Wärmepumpe wie folgt: Die Wärme von der Erdverbindung kommt an einem Erdungsanschluss zum Kältemittelwärmetauscher, dem Verdampfersiehe Abbildung 2). Auf der anderen Seite des Wärmetauschers befindet sich kaltes Kältemittel in einem meist flüssigen Zustand. Das Kältemittel ist kälter als die Temperatur des Wärmeträgerfluids von der Erdverbindung, sodass Wärme in das Kältemittel strömt. Diese Wärme bewirkt, dass das flüssige Kältemittel verdampft. seine Temperatur steigt nicht viel an. Dieses gasförmige Kältemittel mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur gelangt dann in einen elektrisch angetriebenen Kompressor. Dies erhöht den Druck des Kältemittels und folglich seine Temperatur.
Die hohe Temperatur, der hohe Druck, gasförmigDie Leistung des Kompressors wird in einen zweiten Wärmetauscher geleitet, der als Kondensator bezeichnet wird. Bei Wasser-Luft-Wärmepumpen bläst ein Ventilator Luft durch diese "Luftspule". In Wasser-Wasser-Wärmepumpen fließt Wasser, das das Gebäude heizen wird, durch den Kondensator. Da das Kältemittel heißer als Luft oder Wasser ist, überträgt es Wärme auf das Kältemittel. Wenn es Wärme verliert, sinkt die Temperatur des Kältemittels etwas und es kondensiert.
Dieses Hochtemperatur-Flüssigkältemittel danndurchläuft ein Expansionsventil. Das Ventil senkt den Druck des Kältemittels, wodurch seine Temperatur erheblich sinkt. Diese Flüssigkeit mit niedriger Temperatur fließt nun zum Verdampfer und der Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise wird die Wärme aus dem Wasser oder einer anderen Wärmeübertragungsflüssigkeit im Erdanschluss an die Luft oder das Wasser im Gebäude übertragen: daher der Name "Wasser-Luft-Wärmepumpe" oder "Wasser-Wasser-Wärmepumpe" ”.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen a Erdwärmepumpe und ein Kühlschrank ist die ErdwärmePumpe soll in beide Richtungen laufen. Im Kühlmodus wird der Wärmetauscher zwischen Erdverbindung und Kältemittel zum Kondensator, und der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher wird zum Verdampfer. Dies wird durch ein Umschaltventil in der Wärmepumpe erreicht.
Ein Einspritzkühler, wie in dargestellt Figur 2, liefert Warmwasser, wenn der Kompressorist in Betrieb. Der Einspritzkühler ist ein kleiner Hilfswärmetauscher am Verdichterausgang. Es überträgt überschüssige Wärme aus dem komprimierten Gas an Wasser, das in einem Warmwasserspeicher zirkuliert.
Während der kühlenden Jahreszeit, wenn die Klimaanlage häufig läuft, kann ein Heißdampfkühler das gesamte Warmwasser bereitstellen, das in Wohngebieten benötigt wird.
Der Kühlzyklus (Heizmodus) einer typischen Wärmepumpeneinheit.
Einige Wärmepumpen für Wohngebäude bieten das ganze Jahr über Warmwasser in ausreichenden Mengen, um den Bedarf eines Haushalts zu decken.