Ursachen von Nieder- und Hochdruckstörungen von Wärmepumpen

Der Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe kann hinsichtlich seiner Druckverhältnisse in einen

• Abschnitt mit geringen Druckverhältnissen und einen,
• in dem das Kältemittel unter hohem Druck steht,

unterschieden werden. Im Bereich mit niedrigem Druck wird das Kältemittel verdampft und in den Kompressor geführt, der den Übergang zum Hochdruckbereich markiert. Nach dem Verflüssigen und Entspannen geht das Kältemittel dann wieder vom Hochdruck- in den Niederdruckbereich über.

Aufbauend auf dieser Unterscheidung nennt man Störungen, je nachdem in welchem Bereich sie auftreten, entweder Niederdruckstörungen oder Hochdruckstörungen:

• Hochdruckstörungen machen sich dadurch bemerkbar, dass die Wärmepumpe zwar Wärme produziert, der Verbraucher diese aber nicht ausreichend abnimmt, um den Kältemittelkreislauf zu schließen (Wärmestau). Technisch gesehen kommt es zu einem zu hohen Kältemitteldruck im Kältekreis nach dem Verdichter.
• Niederdruckstörungen sind hingegen dadurch charakterisiert, dass der Verbraucher zwar Wärme benötigt, die Wärmepumpe diese aber nicht in ausreichender Menge zur Verfügung stellen kann. Aus technischer Sicht kommt es in der Wärmepumpe zu einer Störung, weil der Kältemitteldruck im Kältekreis vor dem Verdichter zu niedrig ist.

Mit der Unterscheidung in Niederdruck- und Hochdruck-Kreislauf werden auch schon die Ursachen näher eingegrenzt. Das Kältemittel der Wärmepumpe selbst und die Schnittstellen zwischen Niederdruck- und Hochdruckbereich können bei eingeschränkter oder fehlerhafter Funktionsweise Störungs-Ursachen für sowohl Niederdruck- als auch Hochdruckstörungen oder auch beide zusammen darstellen.

Normalerweise wechselt das Kältemittel im internen Kreislauf der Wärmepumpe viermal seinen Aggregatzustand. Wenn jedoch zu wenig Wärme in den Verdampfer übergeht – z. B. weil die Außentemperaturen für die Luftwärmepumpe zu niedrig bzw. nicht ausreichend sind, um das Kältemittel verdampfen zu lassen - bleibt das Kältemittel flüssig. Der Kompressor kann dann nicht arbeiten, da der Verdichter nur gasförmiges Kältemittel und nicht flüssiges Kältemittel komprimieren kann. Die Wärmepumpe geht dann in die sogenannte „Niederdruckstörung“.

Hiervon spricht man immer dann, wenn es zu Problemen vor der Verdichtung des Kältemittels kommt. Ausgelöst wird diese dann in der Wärmepumpe durch einen Niederdruckschalter (Pressostat), der dann schaltet, wenn die Verdampfungstemperatur unter einen festgelegten Wert absinkt, sodass von einer Störung ausgegangen werden muss bzw. die Wärmepumpe bei weiterem Betrieb Schaden nehmen könnte.

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Eine Störung auf der Niederdruckseite durch eine zu tiefe Verdampfungstemperatur kann neben der nicht ausreichenden Quellentemperatur noch weitere Ursachen haben.

So kann z. B. der Verdampferlüfter durch eine Sicherung oder ein Überstromauslöser ausgefallen sein. Dann wird zu wenig Luft durch den Verdampfer geführt, sodass die Temperaturdifferenz von Verdampfungstemperatur zur Luft sinkt bzw. die durchschnittliche Temperatur der Luft im Kühler sinkt und weniger Wärme abgegeben wird. Das thermostatische Expansionsventil muss dann seine Überhitzung konstant halten und spritzt weniger Kältemittel ein. Damit fällt die Verdampfungstemperatur.

Zu einer Niederdruckstörung kann es ebenfalls kommen, wenn das Register des Verdampfers durch eine fehlerhafte Abtauheizung zu stark vereist ist. Eine Lösung kann

• die Verkürzung der Abtauintervalle,
• eine Versetzung oder Austausch des Abtaufühlers oder
• die Anhebung der Abtauendtemperatur darstellen.

Auch ein verschmutztes Register oder Filter kann zu niedrigen Verdampfungstemperaturen und im schlimmsten Fall zu einer Niederdruckstörung führen. Hier kann eine einfache Reinigung helfen, die Niederdruckstörung der Wärmepumpe aufzuheben.

Ist ein Ventil (Absperrventil oder Magnetventil) zwischen Sammler und Verdichter geschlossen, kann die Wärmepumpe ebenfalls in Niederdruckstörung gehen. Dies kann

• nach Inbetriebnahme oder Wartungen vorkommen,
• das Ventil selbst ist defekt oder
• es liegt gar keine Spannung an.

Filtertrockner werden meist in Flüssigkeitsleitungen von Wärmepumpenanlagen zwischen Verflüssiger und Expansionsventil verbaut und haben dort eine Doppelfunktion. Zum einen sollen sie Grobschmutzpartikel und Kupferspäne aufgefangen, zum anderen auch Feuchtigkeit im System binden. Hat sich der Filtertrockner zugesetzt, so kann es zu einer Wärmepumpen-Störung kommen, da der Temperaturunterschied vor und hinter dem Filtertrockner zu groß wird.

Speziell in Sole/Wasser-Wärmepumpen-Systemen kann ein Druckabfall im Solekreis dazu führen, dass der Volumenstrom soweit reduziert wird, dass es zu einer Niederdruckstörung kommen kann, ähnlich der einer Einschränkung der Verdampferleistung. Ein externer Druckwächter (Pressostat) im Solekreis kann insb. bei Leckagen helfen, den Betrieb schneller zu stoppen und eher eine Störung zu melden.

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Eine häufiger vorkommende Störung ist die sogenannte Hochdruckstörung. Die Wärmepumpe kann dann nicht die produzierte Wärme in ausreichendem Maße an den Heizkreislauf abgeben, sodass es zu einem Kältemittelüberschuss auf der Seite der Wärmesenke kommt.

Dies kann z. B. bei Wärmepumpen mit Heizkörpern der Fall sein,

• wenn die Heizkörper-Ventile verschlossen wurden,
• die Ladepumpen können problematisch eingestellt oder fehlerhaft sein oder
• der Warmwasser- bzw. Pufferspeicher wurde zu klein dimensioniert, sodass sich die Wärme in der Wärmepumpe „staut“.

Ausgelöst wird die Hochdruckstörung letztlich durch einen Hochdruckschalter (Pressostat), der im Vergleich zum Niederdruckschalter die Wärmepumpe vor zu hohen Drücken und vor einem Bersten von Leitungen schützt.

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Auch die Ursachen einer Hochdruckstörung sind der einer Niederdruckstörung ähnlich:

Eine Störung des Verflüssigerlüfters durch einen zu geringen Durchsatz der Umgebungsluft durch den Verflüssiger führt entsprechend einer Beeinträchtigung des Verdampferlüfter dann zu steigendem Verflüssigungsdruck, der zunächst eine größere Temperaturdifferenz zur Umgebungsluft bewirkt, sodass die Wärmeabgabe erhöht wird.

Häufig reicht dies jedoch nicht aus, sodass letztlich der Hochdruckschalter auslöst. Eine Hochdruckstörung in Folge eines beeinträchtigten Verflüssigerlüfters tritt daher auch häufiger im Sommer als im Winter auf.

Ist der Verflüssiger in der Wärmepumpe kann es zu einer Hochdruckstörung der Wärmepumpe kommen. Dies kann dann der Fall sein, wenn z. B. eine Einhausung nachgerüstet wurde und sich ein thermischer Kurzschluss - insbesondere dann im Sommer - einstellt.

Die warme Luft staut sich, kann dann nicht in ausreichendem Maße abgegeben und das Kältemittel nicht verflüssigt werden. Eine ebensolche Hochdruckstörung der Wärmepumpe kann auch einen verschmutzten Verflüssiger oder eine nicht funktionierende Pumpe ausgelöst werden.

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Neben einer Hochdruck- und Niederdruckstörung können noch weitere Störungen im Kältemittelkreislauf auftreten, die einen Ausfall der Wärmepumpe nach sich ziehen können.

Eine grundsätzliche Wärmepumpen-Störung liegt vor, wenn die Wärmepumpe aufgrund z. B. einer Leckage zu wenig Kältemittel besitzt. Neben der schädlichen Klimaemission kann auch die Wärmepumpe Schaden nehmen, wenn der Saugdruck im Verdampfer absinkt. Die Oberfläche der Wärmeübertrager bleibt dann kalt und es kommt unter Umständen zur Vereisung.

Ob die Wärmepumpe mit zu wenig Kältemittel befüllt ist, erkennt man daran, dass

• Hochdruck und Niederdruck zu gering sind,
• zu hohe Temperaturen im Verdichter herrschen oder
• sich am Verdampfer ungleichmäßig Reif- oder Eis bilden.

In jedem Fall sollte ein auf Wärmepumpen bzw. Kälteanlagen spezialisiertes Unternehmen die Befüllung prüfen und einer vermeintlichen Leckage nachgehen. Die Wärmepumpe sollte dann entleert und neu mit Kältemittel befüllt werden.

Der Kältemittelkreislauf wird letztlich durch ein Expansionsventil zwischen Hoch- und Niederdruckseite geschlossen, in dem das aus dem Verflüssiger kommende nun flüssige Kältemittel wieder auf das niedrigere Druck- und Temperaturniveau des Verdampfers entspannt wird. Dazu misst das Expansionsventil die Temperatur am Verdampferausgang.

• Bei einem nicht richtig schließenden Expansionsventil kann z. B. zu viel Kältemittel durch die Wärmepumpe strömen und der Niederdruck ist zu hoch. Das Medium erhitzt sich dann nicht wie gewünscht und die Zuleitung zum Verdichter ist zu kalt.
• Ist das Expansionsventil hingegen blockiert oder verstopft fließt zu wenig Kältemittel und es kommt zu einem zu niedrigen Hoch- und Niederdruck in der Wärmepumpe und u. U. zu schwankenden Leistungs- und Druckwerten.

Ist das Expansionsventil vereist, kann die Ursache auch an einem verstopften Filtertrockner liegen.

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