Jede Wärmepumpe benötigt eine Wärmequelle in der Umgebung des Hauses. Dieser entzieht sie die Wärmeenergie bei vergleichsweise niedriger Temperatur und 'pumpt' sie auf das höhere Temperaturniveau des Heizkreises. Die dazu benötigte elektrische Energie - und damit die Effizienz der Wärmepumpe - hängt empfindlich von der Wärmequellentemperatur und der Heizkreistemperatur ab: Die Wärmepumpe arbeitet umso effizienter je höher die Quellentemperatur ist und je niedriger die Heizungsvorlauftemperatur.

[ ► PDF Funktion einer Wärmepumpe ]

Das Wärmepumpensystem LEO_2 optimiert diese beiden Temperaturen konsequent über das Design der gesamten Anlage (Wärmequelle und Heizkreis). Eine wesentliche Rolle spielt dabei die von punktwissen ausgetüftelte Regelung, die sämtliche Komponenten des Wärmepumpensystems (Wärmequelle, Wärmepumpe, Heizkreisregelung) steuert.

Wärmepumpensystem LEO_2 - Anlagenschema

(1) Handelsübliche, einfache Wärmepumpe. (2) Energieeffiziente Solepumpe. (3) Unterirdischer Wassertank. (4) Einfacher Schlauchkollektor aus Kunststoff-Ripprohr. (5) 3-Wege-Ventil: Je nach Außentemperatur wird der Kollektor zugeschaltet. (6) Hygienespeicher: Warmwassererwärmung im Durchfluss. (7) Pufferspeicher mit Wärmetauscher für den Kühlbetrieb. (8) Heizkreispumpe und Mischer für die Regelung der Vorlauftemperatur. (9) 3-Wege-Ventil: Umschalten in den Kühlmodus. (10) 3-Wege-Ventil für Umschalten zwischen Heizen und Warmwasserbereitung.

 

Die Betriebszustände im Lauf eines Jahres werden hier anhand des Hydraulikschemas und der Änderungen der wichtigsten Temperaturen bildhaft beschrieben:

[ ► Blog-Artikel mit Slide-Show: Ein Jahr mit LEO_2 ]

Wärmepumpe: LEO_2 verwendet eine einfache und damit günstige Standard Sole-Wasser Wärmepumpe ohne 'smarte' Funktionen.

[ ► Blog-Artikel: Das Besondere an LEO_2: (2) Dumme Wärmepumpe – Schlaue Regelung ]

Die Wärmequelle ist eine Kombination aus einem Schlauchkollektor ('Energiezaun') und einem unterirdischen Wassertank ('Eisspeicher') mit einem weiteren Schlauchkollektor als Wärmetauscher zwischen Solekreislauf und Wasser.

[ ► Blog-Artikel: Der Kollektor - Reloaded ]
[ ► Blog-Artikel zum Bau des Wärmetauschers im Tank ]

Gewinn von Umgebungswärme. Während der Kollektor vor allem die Umgebungsluft (bei Tag und Nacht) und nur in zweiter Linie die Strahlung der Sonne als Wärmequellen nutzt, wird im Eisspeicher Energie aus folgenden Vorgängen gewonnen:

  • Abkühlen des Wassers
  • Gefrieren des Wassers bei 0°C
  • Wärmeleitung aus dem umgebenden Erdreich

Auch in den Wintermonaten wird der überwiegenden Teil der von der Wärmepumpe benötigten Entzugsenergie aus der Luft gewonnen; der Tank stellt einen Zwischenspeicher für einige Wochen dar.

[ ► Blog-Artikel: Erde, Luft, Wasser und Eis – wozu das alles? ]
[ ► Blog-Artikel: Die Felix-Anomalie ]

Wärmequelle und Regelung. Je nach Kollektor- und Eisspeichertemperatur leitet ein automatisches 3-Wege-Ventil die Sole entweder nur durch den Eisspeicher oder zusätzlich durch den Kollektor. Überflüssige, nicht zum Heizen benötigte Energie aus dem Kollektor (z.B. während winterlicher Tauwetterperioden) wird dazu benutzt, um Eis im Eisspeicher wieder zu schmelzen und das Wasser wieder aufzuwärmen.

Heizbetrieb. Über die in der Wärmepumpe eingebaute Ladepumpe und ein (externes) 3-Wege-Ventil wird das Heizungswasser entweder in einen Hygienespeicher oder in einen Pufferspeicher geleitet.

Die Temperatur im Hygienespeicher muss für die Warmwasserbereitung im Durchfluss (kein Legionellenproblem!) nicht höher als ca. 50°C sein.

[ ► Blog-Artikel: Elementares Duschen: Ein Härtetest ]

Die Temperatur im Pufferspeicher wird über die Optimierung der Heizkreisregelung minimiert. Ein oder mehrere Heizkreise werden über je einen Mischer und eine Heizkreispumpe versorgt.

Kühlbetrieb. Zur passiven Kühlung im Sommer leitet ein automatisches 3-Wege-Ventil den Solekreislauf über ein Register im Pufferspeicher und kühlt ihn dadurch ab. Der Heizkreis wird zum 'Kühlkreis'. Der Mischer sorgt dafür, dass die Vorlauftemperatur nicht unter den Taupunkt sinkt. Wenn gleichzeitig die Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung läuft und den Hygienespeicher lädt, wird der Pufferspeicher zusätzlich aktiv gekühlt. Voraussetzung für die Raumkühlung ist ein Flächenheizsystem (Fußboden- oder Wandheizung).

[ ► Blog-Artikel: Heiß - kalt ]

Zusatznutzen. Der Kollektor kann auch als 'Zaun' oder Sichtschutz dienen; der Tank kann auch als Zisterne verwendet werden.

Die Besonderheiten von LEO_2 sind auch hier näher beschrieben:

[ ► Blog-Artikelserie: Das Besondere an LEO_2 ]

Messdaten: Die Performance unserer eigenen Anlage für Raumheizung, Warmwasserbereitung und Kühlung, die seit 2012 als Pilot-Anlage in Betrieb ist, wird ständig überwacht. Die kombinierte Wärmequelle sorgt über die gesamte Heizperiode für eine hohe Wärmequellentemperatur und für (gemessene) Jahresarbeitszahlen deutlich größer als 4. Die Messergebnisse werden mehrmals pro Jahr aktualisiert:

[ ► PDF Messdaten seit Herbst 2012 und Systemdetails  ]

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(Elke Stangl, Sigi Proyer. Zuletzt geändert: 2017-03-09. Tags: Wärmepumpe, Wärmepumpensystem, Eisspeicher, Technik, Engineering)