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Das Geheimnis der Heißgas-Wärmepumpe: Prinzip & Technik einfach erklärt

  • Eine Wärmepumpe mit Heißgas-Wärmeauskopplung besitzt 2 Wärmeauskopplungskreisläufe, und zwar für Niedertemperatur (~ 35 - 40 °C) und für „Hochtemperatur“ (~ 60 - 65 °C).
  • Die aus dem Niedertemperatur-Heizkreislauf auskoppelbare Heizwärme kann unmittelbar für Niedertemperatur-Heizflächen wie z. B. eine Fußbodenheizung genutzt werden. Die aus dem Hochtemperatur-Heizkreislauf ausgekoppelte Heizwärme kann z. B. für den Warmwasserbedarf genutzt werden.
  • Im Kältekreislauf der Wärmepumpe können dann ca. 10% bis 15% der Leistung auf einem sehr hohen Temperaturniveau genutzt werden. Ohne Heißgas-Wärmeauskopplung kann die gesamte Wärmepumpen-Heizleistung im Niedertemperatur-Kreislauf genutzt werden.
  • Die Wärmepumpen-Leistungszahl hängt dabei nach wie vor von der vom Wärmeverteilsystem benötigten Vorlauftemperatur ab.

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Was ist der Vorteil einer Heissgas-Nutzung?

Bei der Kompression des Kältemittels in einer Wärmepumpe entstehen hohe Temperaturen mit kleinem Volumen, die dann an ein Medium mit großem Volumen übertragen wird. Daraus resultiert eine Erwärmung, die gerade für Niedertemperaturanwendung effizient nutzbar ist.

Die gleichzeitige Erhitzung von Brauchwasser bedarf in diesem System jedoch einer höheren Kompression und bedingt somit eine höheren Stromverbrauch und auch einen schnelleren Verschleiß der Wärmepumpe. Zudem sinkt die Gesamteffizienz der Wärmepumpe.

Die TERRA Twin Hochtemperatur-Wärmepumpen von IDM Energiesysteme basieren auf der Heißgaslade-Technik und besitzen zwei Kompressoren, um die Leistung in der Übergangszeit auf 50 Prozent anzupassen. (Foto: IDM Energiesysteme)
Die TERRA Twin Hochtemperatur-Wärmepumpen von IDM Energiesysteme basieren auf der Heißgaslade-Technik und besitzen zwei Kompressoren, um die Leistung in der Übergangszeit auf 50 Prozent anzupassen. (Foto: IDM Energiesysteme)

Die Entladung des Heißgases, das zwischen Verdichter und Verflüssiger fließt (Heißgasleitung), stellt in diesen Anwendungsfällen, in denen unterschiedlich hohe Temperaturen - mit einem Schwerpunkt auf der Bereitstellung von niedertemperierter Heizwärme - benötigt werden, eine gute Option dar, die Effizienz der Wärmepumpe bei einer kombinierten Heiz- und Brauchwasserbereitung zu erhöhen. Die Heißgas-Wärmepumpe macht sich dabei eine typische physikalische Eigenschaft des Kältemittels zunutze.

Wie funktioniert die Heißgas-Auskopplung?

Nach der Kompression fließt das flüssige, unter hohem Druck stehende Kältemittel in die Drossel. Das Drosselventil (auch Expansionsventil) sorgt dafür, dass sich der Druck des Kältemittels abbaut und die passende Menge des Kältemittels zum Verdampfer strömt, sodass der für den jeweiligen Anwendungsfall gewünschte Heizzweck erfüllt werden kann. Ohne die Wärmepumpen-Drossel bliebe der Druck des Kältemittels zu hoch.

Experten-Wissen: Bei der Saugdrosselregelung unterscheidet man die einfache Saugdrosselregelung von der mit Heissgas-Bypass. Bei der Saugdrosselregelung mit Heißgas-Bypass wird die Verdichterkühlung durch Ersatzgas bewirkt, das nicht über den Verdampferkreislauf fließt. Es ist dadurch möglich, die Verdampferleistung im gesamten Bereich von 100 bis 0 % stetig zu regeln. Auch durch Teilen und Umlenken des Heissgasstroms lässt sich ein Kältekreislauf regeln. Dies geschieht entweder durch eine direkte Nebenschlussleitung, einen Heissgas-Bypass zwischen der Druck- und Saugseite am Verdichter oder durch einen indirekten Heissgas-Bypass zum Verdampfer.

Beim Druckabbau in der Drossel verdampft ein Teil des Kältemittels. Für das Verdampfen ist Wärme erforderlich, die der Kältemittelstrom dem eigenen Energieinhalt entnimmt, woraus die Abkühlung des Kältemittels resultiert. Beim Heißgasprozess schließt sich nun eine weitere Überhitzung des Dampfs durch einen internen Wärmeübertrager an, sodass später eine höhere Heißgastemperatur resultiert.

Der überhitzte Dampf strömt dann in den Kompressor, der den Druck erhöht, sodass die Temperatur des Kältemitteldampfs stark ansteigt. Diese hohe Temperatur lässt sich nun z. B. für das Erhitzen des Warmwassers auskoppeln. Nach der Auskopplung des Heißgases kondensiert das Kältemittel dann vollständig. Danach erfolgt eine weitere Unterkühlung des flüssigen Kältemittels mit dem Heizungsrücklauf, sodass mehr Umweltenergie aufgenommen werden kann.

Welche Hersteller bieten Heißgas-Ladetechnik an?

Die Heißgasentwärmung, auch als Lösung zur Brauchwassererwärmung, hat sich zwischenzeitlich etabliert. Bekannte Anbieter von Wärmepumpen mit Heißgas-Nutzung sind Bartl Wärmepumpen und iDM Energisysteme.

iDM Energiesysteme

Wärmepumpen wie die von IDM besitzen zur Nutzung des Heißgases einen weiteren Wärmeübertrager, der die höhere Temperatur in den oberen Bereich des Pufferspeichers einspeist. Somit wird noch nicht das Brauchwasser selbst erwärmt, sondern nur Heizungswasser im Pufferspeicher. Erst bei Bedarf erhitzt die dort gespeicherte Wärme über einen Plattenwärmetauscher das frische Trinkwasser.

Bartl Wärmepumpen

BARTL setzt seit vielen Jahren für die Brauchwasserbereitung eine Heißgasentwärmung ein. Bei BARTL werden nach eigenen Angaben über 90 % aller ausgelieferten Wärmepumpen mit Technik zur Heißgasentwärmung ausgestattet.

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"Das Geheimnis der Heißgas-Wärmepumpe" wurde am 23.05.2020 das letzte Mal aktualisiert.