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Gesamtsystem Heizgerät – Umweltquelle – Speicher.
© Vaillant GmbH, Herr Marx, Remscheid
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Einbindung in die Haustechnik

Das Zeolith-Heizgerät hat zwei Wärmequellen: Die Gasbrennwerttherme, die für die Trocknung des Zeoliths benötigt wird und eine Umweltwärmequelle für den Betrieb des Verdampfers (Abb 4). Dafür kommt in erster Linie solare Wärme in Frage. Von der Vaillant GmbH wird derzeit für diesen Zweck ein geeigneter Luft- Sole-Wärmeübertrager entwickelt. Aber auch die Nutzung von Abwärme, Prozesswärme oder der im Grundwasser enthaltenen Energie ist möglich. Aus Kostengründen ist der Betrieb einer Erdsonde nur für größere Anlagen sinnvoll. Der Anteil der Umweltquelle an der Gesamtnutzleistung der Anlage beträgt etwa 25%. Für eine Anlage mit 10 kW Nutzleistung also ca. 2-3 kW.

Auch die Brauchwassererwärmung kann mit dem Zeolith-Heizgerät bedient werden, denn die maximale Vorlauftemperatur beträgt 75°C. Auch die Kombination mit einer solarthermischen Anlage zur direkten solaren Warmwasserbereitung ist möglich. Damit sind drei Betriebsweisen zu realisieren: Bei hoher solarer Einstrahlung die rein solare Warmwasserbereitung, die solar unterstützte Wärmeerzeugung mit Zeolith-Heizgerät und die reine Warmwassererzeugung via Zeolith-Heizgerät, wenn die solare Einstrahlung sehr gering ist. Obwohl in erster Linie für den Neubaubereich mit Niedrigenergiestandard gedacht, ist ein Einsatz des Zeolith-Heizgerätes aufgrund der kompakten Bauweise auch im Baubestand möglich.

Adsorption oder Absorption?

Sowohl Adsorptionswärmepumpen wie auch Absorptionswärmepumpen werden thermisch angetrieben. Sie unterscheiden sich jedoch in ihren Stoffsystemen. Bei Absorptionswärmepumpen wird das verdampfte Kältemittel in einer Lösung absorbiert. Typische Stoffsysteme sind Ammoniak/Wasser und Wasser/Lithiumbromid. In der Adsorptionstechnik dagegen wird das Kältemittel an der Oberfläche eines Feststoffs angelagert. Als Feststoffe verwendet man Zeolithe, Silikagel oder Aktivkohle. Als Kältemittel kommen Wasser, Ammoniak oder Methanol in Frage. Da das Adsorbens ein Feststoff ist, zirkuliert in Adsorptionswärmepumpen nur das Kältemittel und kein Arbeitsstoffgemisch wie bei der Absorptionstechnik.

Wie muss Zeolith konfektioniert werden?

Im Adsorber muss Zeolith mit einem Wärmetauscher in Wechselwirkung treten. Die Geometrie der Zeolith-Schichten im Adsorber hat dabei entscheidenden Einfluss auf den Wärmeübergang und die Fähigkeit Wasser anzulagern. Da einfache Granulatschüttungen aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Zeolithschüttung nur zu einer geringen Leistungsdichte der Anlage führen, wurden andere Wege untersucht. Wie die Untersuchungen zeigten, ist es jedoch schwierig, kompakte Zeolith-Schichten (Zeolithpulver, Bindemittel und Porenbildner Melamin und Weinsäure) direkt und dauerhaft mit einem metallenen Wärmetauscher zu verbinden.

Der Grund liegt an der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Metall und Zeolith. Die Schichten platzen nach einigen Wärmepumpenzyklen ab. Eine Alternative sind handelsübliche Zeolithpellets, die lose in die Zwischenräume des Wärmetauschers eingebracht werden. Diese Pellets werden typischerweise in Größen von 1 bis 4 mm angeboten. Bei zweilagigen Pelletschichten ist jedoch die Sorptionskinetik noch stark beeinträchtigt. Deutlich bessere Ergebnisse erzielt man mit einlagigen Schichten, die direkt mit dem Metall in Kontakt stehen. Wird ein Bindemittel verwandt, so verschlechtert sich das Sorptionsverhalten. Offenbar „verklebt“ der Binder die Oberfläche der Pellets und behindert den Stofftransport.

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