Beschreibung der Wirkung der ACALOR-Direktwärmepumpe

Die ACALOR Wärmepumpe ist eine Kältemaschine wie sie millionenfach verwendet wird. Die Besonderheiten liegen in der Anpassung des Systems auf die spezielle Aufgabe Wärmeenergie effizient zu gewinnen, zu transportieren und besonders behaglich abzugeben.
Warum funktioniert eine Wärmepumpe?
Jeder Kältemaschine nutzt den thermodynamischen Kreisprozess.
Zu diesem Kreisprozess gehören vier Begriffe.
– Verdampfen
– Verdichten
– Kondensieren
– Expandieren
Begriffserklärungen:
Verdampfen:
Jeder Stoff kann in drei Aggregatzuständen auftreten. Gasförmig, flüssig und fest.
Das Verdampfen beschreibt den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
Eine Flüssigkeit z.B. Wasser in einem Kochtopf kann bis zu ihrem Siedepunkt erwärmt werden. Je Grad Erwärmung werden für ein kg Wasser dafür 4,19 kJ Energie benötigt.
Im Fall von Wasser liegt der Siedepunkt bei 1 bar Luftdruck bei 100°C. Siedet das Wasser im Topf wird sehr viel Energie zugeführt. Die Temperatur des Wassers ändert sich aber nicht. Um ein kg Wasser zu verdampfen werden 2453 kJ Energie benötigt. Das ist 585 mal mehr Energie als für das erwärmen benötigt wird.

Ist alles Wasser verdampft, steigt die Temperatur des Dampfes an. Je Grad Erwärmung werden für ein kg Wasserdampf dafür 2,08 kJ Energie benötigt.
Die Verdampfungstemperatur oder der Siedepunkt kann verändert werden. Sinkt der Umgebungsdruck so verringert sich die Verdampfungstemperatur. Daher siedet Wasser in großer Höhe z.B. auf einem Berg (geringer Luftdruck) bei einer geringeren Temperatur als bei geringer Höhe (normaler Luftdruck).
Steigt der Umgebungsdruck erhöht sich die Verdampfungstemperatur und das Medium siedet bei einer höheren Temperatur.
Fazit: Durch Änderung des Drucks kann der Wechsel der Aggregatzustände bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden.
Verdichten:
Der Verdichter bzw. Kompressor hat die Aufgabe den Druck eines Mediums zu verändern. Auf der Saugseite des Verdichters entsteht eine geringer Druck und auf der Druckseite ein höherer Druck.
Der Kompressor sorgt also dafür, dass bei einer motorisch angetriebenen Kältemaschine bzw. Wärmepumpe unterschiedliche Druckniveaus entstehen.
Kondensieren:
Das kondensieren ist das Gegenteil des verdampfens. Man kann es auch als verflüssigen bezeichnen.
Der Dampf eines Stoffes wie z.B. Wasserdampf hat das Bestreben die Temperatur seiner Umgebung anzunehmen. Bei einem Druck von 1 bar Kondensiert Wasser bei 100°C und wird flüssig. Diese Temperatur nennt man Kondensationstemperatur.
Kühlt sich ein kg warmer Wasserdampf ab bis zu seiner Kondensationstemperatur gibt er die zuvor aufgenommenen 2,08 kJ je ein Grad Temperaturänderung wieder ab.
Hat der Dampf die Kondensationstemperatur erreicht. Kondensiert das Medium an dem kältesten Punkt in seiner Umgebung aus und gibt dabei 2453 kJ je kg ab. Die Temperatur des Dampfes ändert sich nicht. Die Temperatur der Umgebung steigt auf Grund der großen, freiwerdenden Energie. Beispielhaft kann hier die Kondensation von Wasser an einer kalten Fensterscheibe nach einem Duschbad sein.
Erst wenn alle Moleküle auskondensiert sind kühlt sich das nun entstandene flüssige Wasser weiter ab. Dies geschieht dann wieder bei 4,19 kJ je kg und Grad der Temperaturänderung.
Fazit: Wie die Siedetemperatur durch den Druck verändert werden kann, ist es auch möglich die Verdampfungstemperatur durch Veränderung des Umgebungsdruckes zu verändern.
Expandieren:
Expandieren kann man auch mit Entspannen umschreiben. Die Luft in einem Luftballon ist eingezwängt. Sie kann sich nicht frei entspannen sondern die Luft- Moleküle sind dicht gedrängt beieinander. Lässt man nun etwas Luft ab, kann diese Luft sich entspannen. Die Moleküle treiben auseinander. Dabei wird genau die Energie- Menge frei die zuvor aufgewendet wurde um die Luft Moleküle in den Ballon zu zwängen.
So wird auch das zuvor verdichtete Kältemittel in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe entspannt. Dabei verringert sich der Druck des Mediums.
Zusammenfassung:
Durch Änderung des Umgebungsdrucks mit Hilfe des Kompressors (Druckaufbau) und des Expansionsventiles (Druckabbau) einer Kälteanlage oder Wärmepumpe ist es möglich die Siedetemperatur (Verdampfen) und die Kondensationstemperatur (Verflüssigen) so zu verändern, dass diese Temperaturen in einem nutzbaren Bereich liegen.
Da sich die Siedetemperatur bzw. die Kondensationstemperatur von Wasser nicht in einen für eine Wärmepumpe nutzbaren Bereich verändern lassen, ist es notwendig eine anderes Medium zu verwenden.
Im Fall der ACALOR-Wärmepumpe, wird das Kältemittel R290 verwendet. Es handelt sich um Propan. Dieses Medium kann ohne großen Energieaufwand für den Verdichter in die gewünschten Aggregatzustände gebracht werden. Und da es die Umwelt nicht schädigt und für seine Gewinnung nicht enorme Energiemengen aufgewendet werden müssen, ist es nachhaltig und für die ACALOR Wärmepumpe bestens geeignet.
Woher kommt die Wärme?
Wir zuvor beschrieben kann das Kältemittel durch Änderung des Drucks seinen Aggregatzustand bei einer veränderbaren Temperatur von flüssig in gasförmig wechseln.
Propan verdampft bei 1 bar Druck bei -42°C. Bei einer Außentemperatur von z.B. -20 °C kann das Kältemittel bei 1,8 bar verdampfen. Es siedet bei einer Temperatur von ca. -29°C und nimmt dabei 425 kJ je kg auf.
Ist alles Propan verdampft wird das Gas vom Verdichter angesaugt und auf einen Druck von ca. 10 bar verdichtet. Dabei wird die bei der mechanischen Arbeit des Verdichters frei werdende Wärmeenergie der Wärmeenergie des Kältemittels hinzugefügt. Im Jahresmittel werden drei Viertel der jetzt im Propan enthaltenen Wärmeenergie aus der Luft aufgenommen ein Viertel wird durch den Verdichter hinzugefügt. Die gesamte gespeicherte Wärme steht nun zum heizen zur Verfügung. Mit einer sehr gut isolierten Rohrleitung gelangt das Kältemittel in das Gebäude.
Wie wird die Wärme abgegeben?
Das Gas ist zunächst überhitzt. Das bedeutet, dass es nicht, wie bei einem Druck von 10 bar zu erwarten ca. 31°C warm ist, sondern die Temperatur beträgt ca. 65 °C. Der Verdichter konnte „nur das Gas“ erwärmen und nicht die Flüssigkeit verdampfen.
Das Gas kühlt zunächst mit 1,67 kJ je kg und Grad der Temperaturänderung ab. Dieses überhitzte Gas kann bei Bedarf das Brauchwasser im Warmwasserspeicher erwärmen.
Ist das Propan bis auf 31 °C abgekühlt beginnt es zu kondensieren. Es kondensiert aber nur an dem Punkt aus, der am kältesten ist. Dieses selektive heizen kann nur durch die direkte Kondensation in den Rohren im Estrich erfolgen. Daher Direktkondensation.
Anders als Wasser in einer Fußbodenheizung, gibt das Kältemittel seine Wärmeenergie nicht da ab wo es gerade entlang fließt sondern nur da wo es am kältesten ist. Kalte Bereiche z.B. an Fenster und Türen können so gezielt beheizt werden. Die Wärmeverteilung im Raum ist besonders gleichmäßig. In Bereichen mit hohem Wärmebedarf ist der Fußboden wärmer und in Bereichen ohne oder mit geringem Bedarf ist der Boden genauso warm wie der Raum. Die Raumlufttemperatur ist in allen Bereichen gleich.

Konvektion (Luftströmung) tritt nicht auf. Je geringer die Luftströmung umso behaglicher ist die Wärmeabgabe. Daher ist ACALOR die behaglichste Heizung, da keine Luftströmung auftritt.
Bei der Kondensation werden die aufgenommenen 425 kJ je kg wieder abgegeben.
Wenn alle Moleküle auskondensiert sind, befindet sich in den Rohren nur noch flüssiges Propan. Die Dichte ist nur halb so groß wie bei Wasser. Die Leitungen können dementsprechend dünner sein als bei einer konventionellen Fußbodenheizung.
Das Kältemittel wird zur Außeneinheit zurückgeführt. Je kg Propan und ein Grad Abkühlung werden noch 2,43 kJ abgegeben. für die Beheizung des Gebäudes ist diese Energie aber nicht mehr brauchbar.
In der Außeneinheit wird das Kältemittel zum Expansionsventil geleitet. Dieses reduziert den Druck wieder auf 1,8 bar und gibt den Propanmolekülen damit wieder die Möglichkeit erneut Wärmeenergie aufzunehmen.
Der Prozess, bestehend aus verdampfen, verdichten, kondensieren und expandieren, beginnt von vorn. Daher der Begriff thermodynamischen Kreisprozess.
In der Beschreibung wurden Begriffe wie Druckverluste, Drosseldampfanteil, Sauggaswärmeübertrager, Filtertrockner usw. weggelassen, da es nur um die Darstellung der grundlegenden Funktionen geht.
ACALOR schafft es die physikalischen Gesetzmäßigkeiten in Möglichkeiten umzuwandeln und diese für die Nutzer sicher und nachhaltig zur Verfügung zu stellen.

Advertisements

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s