Letzte Aktualisierung: 17.02.2025

Anzeige

PV-Anlage: Bis zu 37% sparen!

Wir sparen für Sie bis zu 37% - durch unseren Experten-Vergleich!
Jetzt Preise vergleichen!

Funktion von Expansionsventilen in Wärmepumpen

  • Das Expansionsventil (auch Drosselorgan oder Druckreduzierventil genannt) sorgt durch einen Strömungswiderstand dafür, dass das aus dem Verflüssiger kommende flüssige Kältemittel wieder auf das niedrigere Druck- und Temperaturniveau des Verdampfers entspannt wird.
  • Funktionsweise: Die Druckregelung im thermostatischen Expansionsventil (TEV/ TXV) erfolgt durch das Zusammenspiel von drei Kräften: Der Fühlertemperaturdruck öffnet das Ventil, während der Verdampferdruck und eine einstellbare Federkraft es schließen. Dadurch passt das Ventil den Kältemittelfluss automatisch an die Lastbedingungen an, um eine konstante Überhitzung im Verdampfer zu gewährleisten.
  • Ein elektronisch geregeltes Expansionsventil (EEV) gewährleistet eine präzisere und dynamischere Steuerung des Kältemittelflusses. Es wird über Sensoren gesteuert, die kontinuierlich Druck, Temperatur und Überhitzung messen, und passt die Ventilöffnung über einen Schrittmotor oder ein Magnetventil exakt an die aktuellen Betriebsbedingungen an.
  • Expansionsventil richtig einstellen: Das Expansionsventil sollte unter Berücksichtigung der Überhitzung und Unterkühlung eingestellt werden. Der Federdruck am Ventil hilft, die richtige Drosselung und den optimalen Kältemittelfluss zu gewährleisten, um eine effiziente Wärmeübertragung im Verdampfer zu erzielen. Für die Regelung gibt es unter Fachhandwerkern eine goldene Regel: "Ist die Überhitzung zu gross, so muss die Schraube los. Überhitzung zu klein, mach die Schraube rein."
  • Defektes Expansionsventil: Häufige Anzeichen sind eine unzureichende Kühlung oder eine Überhitzung des Verdampfers. Zur Prüfung sollte der Kältemittelkreislauf auf Lecks, den Druck des Systems und die Temperaturdifferenzen an verschiedenen Stellen kontrolliert werden. Eine Reparatur ist meistens dann fällig, wenn das Expansionsventil vereist und die Überhitzung viel zu groß ist. Sie erkennen den Fehler daran, dass Expansionsventil nicht weiter geöffnet werden kann und die Fehlermeldung immer wieder "Heissgasstörung" meldet.
  • Expansionsventil kaufen: Expansionsventile für Wärmepumpen können online über spezialisierte Anbieter oder in Fachgeschäften für Heizungs- und Kältetechnik gekauft werden. Die Kosten für ein Expansionsventil Wärmepumpe variieren je nach Typ und Hersteller. Ein thermostatisches Expansionsventil kann etwa 100 bis 200 Euro kosten, während ein elektronisches Expansionsventil je nach Modell und Leistungsbereich auch deutlich teurer sein kann.

SHK-Experten für Wärmepumpen finden & online Angebote vergleichen!

Jetzt Ihre Fachbetriebe finden!
Anzeige

Wärmepumpe im Rundum-Sorglos-Paket!

Lass Dir jetzt von unseren Experten in wenigen Minuten Dein ideales Wärmepumpen-Angebot zusammenstellen!
Jetzt kostenloses Angebot anfordern!

So funktioniert der Entspannungsprozess des Kältemittels

Der Kältemittelkreislauf in einer Wärmepumpe besteht aus vier Hauptkomponenten: und folgt diesem Ablauf:

  1. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel Umweltwärme (z. B. aus Luft, Wasser oder Erde) auf und verdampft dabei bei niedriger Temperatur.
  2. Der Verdichter - auch Kompressor genannt - komprimiert das gasförmige Kältemittel, wodurch dessen Druck und Temperatur stark ansteigen.
  3. Ein Verflüssiger (Kondensator) sorgt nun dafür, dass das heiße, unter Druck stehende Kältemittel seine Wärme an das Heizsystem abgibt (z. B. Fußbodenheizung oder Heizkörper) und kondensiert dabei zurück in den flüssigen Zustand.
  4. Der Kältemittelkreislauf wird letztlich durch ein Expansionsventil (auch Drosselorgan oder Druckreduzierventil genannt) geschlossen, in dem das aus dem Verflüssiger kommende nun flüssige Kältemittel wieder auf das niedrigere Druck- und Temperaturniveau des Verdampfers entspannt wird.

Das Expansionsventil stellt aus physikalischer Sicht lediglich einen Strömungswiderstand für die Flüssigkeit dar, die durch das Absaugen des Dampfes auf der Verdampferseite an Druck hinter dem Expansionsventil verliert.

In seiner einfachsten Form ist das Bauteil lediglich eine Verengung im Rohrdurchmesser, die die Strömung des Kältemittels stört und dafür sorgt, dass dessen Druck schnell sinkt. Das Kältemittel selbst dehnt sich aus – es expandiert und entspannt sich.

Durch diesen Entspannungsprozess kühlt sich die Kühlmittelflüssigkeit hinter dem Ventil stark ab. Durch das Expansionsventil werden beim Eintritt in den Verdampfer somit wieder der ursprüngliche Anfangsdruck und die Anfangstemperatur erreicht. Der Wärmepumpen-Kreislauf kann von Neuem beginnen.

Aus energetischer Sicht spricht man bei diesem Entspannungsprozess auch von einer isenthalpen Drosselung mit einem positiven Joule-Thomson-Effekt. Hinter dem Expansionsventil beginnt dann der Wärmepumpenkreislauf von neuem.

Eine genaue Beschreibung der thermodynamischen Zusammenhänge in einer Wärmepumpe finden Sie in unserem Ratgeber zum Carnot-Prozess.

Thermostatische Expansionsventile

Einfache Klimaanlagen besitzen vielfach kein Expansionsventil, sondern stattdessen eine feste Drossel (Orifice). Diese "drosselt" den Durchfluss des Kältemittels und sprüht das flüssige Kältemittel in den Verdampfer.

Für Wärmepumpen, die bei unterschiedlichen Bedingungen wie z. B schwankenden Temperaturen auf der Quellen- und Senkenseite betrieben werden, werden im Allgemeinen thermostatische, ungeregelte Expansionsventile verwendet, die präzise dem Verdampfer immer diejenige Kältemittelmenge zuführen, die unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen verdampft werden soll.

Damit erhalten thermostatische Expansionsventile das Gleichgewicht zwischen Zufluss und Absaugung in jedem Betriebszustand aufrecht, um die wärmeübertragenden Verdampferoberflächen immer voll auszunutzen.

Das thermostatische Expansionsventil verhindert zudem, dass der Verdichter das flüssige Kältemittel ansaugt. Da Flüssigkeiten nicht kompressibel sind, würden sie erhebliche Schäden am Verdichter anrichten.

Druckregelung von Expansionsventilen

Im Inneren des thermostatischen Expansionsventils befindet sich eine Membrane, durch die ein Kapillarrohr führt.

  • Auf der Hochdruckseite des Verflüssigers befindet sich oberhalb dieser Membrane ein Fühler, der den Verflüssigerdruck misst und das Ventil öffnet.
  • Unterhalb der Membrane am Ende des Kapillarrohrs befindet sich ein Fühler, der den Verdampferdruck misst und das Ventil wieder schließt.
  • Am Ventil selbst befindet sich eine Feder, über deren Federdruck sich die statische Überhitzung einstellen lässt.

Wenn das Expansionsventil regelt, besteht dann ein Gleichgewicht zwischen dem Fühlerdruck auf der Oberseite der Membrane und dem Verdampferdruck plus des Federdrucks auf der Unterseite der Membrane.

Temperaturregelung: Überhitzung und Unterkühlung

Unter Überhitzung versteht man die Differenz aus der am Fühler des thermostatischen Expansionsventils gemessenen Temperatur und der Verdampfungstemperatur. Die Verdampfungstemperatur wird über Manometer an der Saugseite ermittelt.

Die Unterkühlung ist als Differenz zwischen Flüssigkeitstemperatur und Verflüssigerdruck bzw. -temperatur am Eintritt des Expansionsventils definiert.

Eine Unterkühlung der Kältemittelflüssigkeit ist notwendig, um Dampfblasen vor dem Expansionsventil zu vermeiden, die die Funktion des Expansionsventils beeinträchtigen und die Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer behindern könnten.

Elektronisch geregelte Expansionsventile

Neben thermostatischen Expansionsventilen mit innerem und äußerem Druckausgleich gibt es auch elektronische Expansionsventile.

Wesentlicher Vorteil der elektronischen Variante ist die nicht wirksame, bei thermostatischen Ventilen konstruktionsbedingte minimale Sauggasüberhitzung und der größere Leistungsbereich eines Expansionsventils.

Dies bringt Vorteile bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen und im Teillastverhalten der Wärmepumpe.

Tabelle: Unterschied zwischen geregelten und ungeregelten Expansionsventilen
Ungeregeltes Expansionsventil Geregeltes Expansionsventil
Funktioniert mechanisch anhand eines Fühlers, der den Überhitzungsgrad des Kältemittels misst. Wird elektronisch über Sensoren und eine Steuerung geregelt.
Passt die Kältemittelmenge nur indirekt an die Verdampferlast an. Erfasst präzise Druck, Temperatur und Überhitzung und passt die Kältemittelzufuhr exakt an den aktuellen Bedarf an.
Arbeitet relativ träge und kann nur innerhalb eines begrenzten Lastbereichs effizient arbeiten. Reagiert schnell auf Laständerungen und erhöht die Effizienz des Systems.
Wird häufig in einfachen Wärmepumpen oder Kälteanlagen verwendet. Wird in modernen, energieeffizienten Wärmepumpen bevorzugt.

Schwimmerregulierung bei überfluteter Verdampfung

Während bei einer trockenen Verdampfung das Kältemittel über ein Expansionsventil dem Verdampfer zugeführt, wird bei der überfluteten Verdampfung das Kältemittel über eine druckabhängige Schwimmerregulierung in den Verdampfer geführt:

  • Der Hochdruckschwimmerregler leitet den Kältemittelfluss in Abhängigkeit des Flüssigkeitsniveaus auf der Hochdruckseite des Schwimmerreglers dem Verdampfer zu. Die Hochdruckschwimmerregler müssen nicht einreguliert werden und regeln im gesamten Leistungsbereich der Wärmepumpenanlage sehr stabil.
  • Niederdruckschwimmerregler funktionieren ähnlich wie Hochdruckschwimmerregler. Der Kältemittelfluss wird jedoch in Abhängigkeit des Flüssigkeitsniveaus im Verdampfer geregelt. Elektronische Varianten von Schwimmerregulierungen sind ebenfalls verfügbar.

Hersteller von Expansionsventilen für Wärmepumpen

Tabelle: Hersteller von Expansionsventilen für Wärmepumpen, einschließlich ihrer Modelle und Preisangaben
Hersteller Modell Typ Preis (inkl. MwSt.)
Buderus Expansionsventil komplett (Art. 8750501399) Thermostatisch 41,70 €
Buderus Expansionsventil (Art. 8738214295) Thermostatisch 202,00 €
Wolf Thermostatisches Expansionsventil für BWL-1 12 (Art. 2071376) Thermostatisch 136,40 €
Remko Elektronisches Expansionsventil WKF/WKF-compact 70 S-Line (Art. 1121078) Elektronisch 157,20 €
Kermi Expansionsventil mit Schrittmotor für dynamic pro 6 AW E (Art. W90622) Elektronisch 183,20 €
Vaillant Expansionsventil für VWH B 150, 200 und 270/1 (Art. 0010048125) Thermostatisch 212,40 €
Wolf Expansionsventil 400V für BWL-1S-10/14 (Art. 2071950) Elektronisch 296,00 €
Remko Elektronisches Expansionsventil HTS 200-260/WSP (Art. 1121376) Elektronisch 240,80 €
Remko Elektronisches Expansionsventil EMF/EMT 150 (Art. 1120346) Elektronisch 335,90 €
Remko Elektronisches Expansionsventil HTS 90-130 (Art. 1121337) Elektronisch 322,90 €
Remko Elektronisches Expansionsventil WKF 120 (Art. 1120463) Elektronisch 284,90 €
Remko Elektronisches Expansionsventil WKF, CMF/T-N 180 (Art. 1120486) Elektronisch 341,90 €
Remko Elektronisches Expansionsventil RBW 301 PV/PV-S (Art. 1110772) Elektronisch 92,90 €
Junkers Bosch Expansionsventil für Warmwasser-Wärmepumpe CS5000DW, 100W (Art. 8736502277) Thermostatisch 171,60 €
Junkers Bosch Expansionsventil für AW10 OR-T und 12 OR-T (Art. 8738214469) Thermostatisch 34,00 €
Junkers Bosch Expansionsventil für AW5 OR-S, 4 OR-S und 7 OR-S (Art. 8738213827) Thermostatisch 42,40 €
HOFMAN-Energy Elektronisches Expansionsventil DPF (TS1) 1.65C-49 (Art. HE-AI-ZET-C0050099) Elektronisch 78,99 €

Günstige Angebote für Wärmepumpen anfordern & Preise online vergleichen!

Jetzt Ihre Fachbetriebe finden!
Anzeige

PV-Anlage & Wärmepumpe kombinieren!

Unsere Experten erstellen Dir in wenigen Minuten ein Komplett-Angebot nach Deinen Wünschen. Digital & kostenlos.
Jetzt kostenloses Angebot anfordern!

Weitere Informationen zur Technik von Wärmepumpen

Kostenlose Angebote anfordern:

Das könnte Sie auch interessieren:

  • Heizung planen

    Mit unserem Heizungsplaner ermitteln Sie einfach online ein Heizungskonzept, das Ihre Heizwärmeanforderungen am Besten erfüllt. Dabei richtet sich die…

    Heizung planen
  • Solarrechner

    Mit unserem Online-Solarrechner können Sie sofort prüfen, ob sich Ihr Dach für eine Photovoltaik-Anlage technisch eignet und finanziell lohnt. Mit nur wenigen…

    Solarrechner
  • Dämmung berechnen

    Mit unserer Online-App "Dämmkostenrechner" ermitteln Sie in wenigen Schritten einfach & unkompliziert, welche Dämmung in welcher Dicke wie viel kostet, was sie…

    Dämmung berechnen

Ihre Suchanfrage wird bearbeitet