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Wärmepumpe

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Eine Vorrichtung zum Anheben des Temperaturniveaus, typischerweise von etwa 0-20oC auf etwa 50oC .

Die Wärmepumpe ist wie der Kühlschrank eine Kraft-Wärme-Maschine:
Ein Kühlschrank besteht aus zwei Wärmetauschern und einem Kompressor. Der innere Wärmetauscher nimmt die Wärme auf, abgegeben wird die Wärme durch den äußeren Wärmetauscher, der sich hinter dem Kühlschrank befindet. Baut man einen Kühlschrank so um, daß der ,,kalte Wärmetauscher`` außen liegt und der Warme innerhalb, würde sich das Innere des Kühlschranks aufheizen. Tauscht man nun das Kühlschrank-Gehäuse gegen einen isolierten Wassertank, hat man eine Wärmepumpe zur Warmwassergewinnung. Ebenso läßt sich Wärme für Raumbeheizung gewinnen.

Der ,,Wirkungsgrad`` oder besser die Leistungszahl einer Wärmepumpe berechnet sich zu:

epsilon = Tk / (Tw - Tk)

Diese Leistungszahl ,,epsilon`` entspricht dem Verhältnis aus der transportierten Wärme und der eingesetzten mechanischen Arbeit.

Für eine Temperaturerhöhung von 5oC auf 50oC hat die Leistungszahl den theoretischen Wert von etwa 7, der allerdings um den Faktor 0.4 für eine reale Anlage reduziert werden muß, die Leistungzahl hat also den Wert 3 ([HEIN1983]). Im Klartext bedeutet dies, daß man für 1kW Heizleistung 330 Watt mechanische Leistung aufwenden muß.

Wird eine solche Wärmepumpe mit einem Elektromotor angetrieben, müssen für 330 Watt Leistung 0.9 Kilowatt Wärmeleistung in einem Kohlekraftwerk freigesetzt werden, weil der Wirkungsgrad der Stromerzeugung etwa 40% beträgt. Die Verbesserung des Wirkungsgrades im Vergleich zu einer direkten Verbrennung der Kohle beträgt nur 10%, der zudem noch von den hohen - auch energetischen - Investitionen für eine Wärmepumpe ,,aufgefressen`` wird.

Ein wesentlich besseres Bild kann sich ergeben, wenn beispielsweise ein größeres Kühlhaus zur Lagerung von Lebensmitteln und ein Schwimmbad über eine Wärmepumpe miteinander verknüpft werden: ,,Die Abwärme der Kühleinrichtung wird für die Beheizung des Schwimmbades benutzt`` oder ,,der kühlende Effekt der Wärmepumpe auf die Wärmequelle wird sinnvoll zur Kühlung der Lebensmittel genutzt``. Dies ist ein Beispiel für einen synergetischen Effekt.

Dramatisch verbessern läßt sich die Bilanz, wenn die Wärmepumpe mit einem fossil befeuerten Motor betrieben wird: Die Abwärme kann dann genutzt werden, um die Temperatur der Wärmequelle anzuheben, gleichbedeutend mit einer Verringerung der Temperaturdifferenz, um die die Wärme ,,heraufgepumpt`` werden muß. Nach [HEIN1983] kann damit die aus dem Brennstoff nutzbar gemachte Wärmemenge um denFaktor 2.5 gegenüber einer direkten Verbrennung erhöht werden. Auch hier muß natürlich der Energieaufwand für den Bau und insbesondere die Wartung der Maschine in die Berechnung der Effizienz einbezogen werden.


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