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Abb. 34 Scrollverdichter
© Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf
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Leistungsregelung der Wärmepumpe

Die Heizleistung von Wärmepumpen mit ungeregeltem Verdichter vergrößert sich mit zunehmender Wärmequellentemperatur. Vor allem Außenluft-Wärmepumpen erzielen somit hohe Heizleistungen genau dann, wenn sie eigentlich gar nicht benötigt werden. Dafür steigt die Anzahl der Betriebstakte bei immer kürzeren Laufzeiten, was eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt. Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, ist der Einsatz leistungsgeregelter Verdichter.

Aktueller Stand der Technik im Leistungsbereich von Ein- und Zweifamilienhäusern ist der sogenannte Scrollverdichter, der die Hubkolbenmaschine fast komplett abgelöst hat. Beim Scroll findet die Verdichtung zwischen zwei übereinander liegenden Spiralen statt.

Unabhängig von der Verdichter-Bauart wurden bislang überwiegend solche Maschinen eingesetzt, deren Verdichtungsleistung nur vom Druck- bzw. Temperaturniveau auf der Verdampfer- und Kondensatorseite abhängt. Bei diesen ungeregelten Verdichtern ergibt sich ein direkter Zusammenhang zwischen Wärmequellentemperatur und Heizleistung. Vor allem für Wärmepumpen mit der Wärmequelle Außenluft hat dies zur Folge, dass hohe Heizleistungen genau dann bereitgestellt werden, wenn der Raumheizbedarf gering ist. Nur im Auslegungspunkt entsprechen sich Heizleistung der Wärmepumpe und Heizlast des Gebäudes. Für den Betrieb bedeutet dies eine Zunahme der Takte mit steigender Außentemperatur. Zahlreiches Anfahren des Verdichters verringert dessen Lebensdauer. Gleichzeitig führen kurze Taktzeiten zu längerem Betrieb unter Anfahrbedingungen, wodurch die Effizienz gemindert wird.

Um einen kontinuierlicheren Betrieb zu gewährleisten, können Heizungspufferspeicher eingesetzt oder Mindestlauf- bzw. Mindestpausenzeiten für den Verdichter in der Regelung eingestellt werden. Weiterhin ist die mono-valente Auslegung (ein Wärmeerzeuger) von Wärmepumpen mit ungeregelter Heizleistung – vor allem mit Außenluft als Wärmequelle – nachteiliger als bei konventionellen Heizsystemen. Umso mehr bietet sich eine Spitzenlastdeckung an, die bei Wärmepumpen in der Regel durch primärenergetisch ineffiziente Heizstäbe realisiert wird. Eine Annäherung der Heizleistung von Wärmepumpen ohne Leistungsregelung an den momentanen Bedarf kann durch mehrere Leistungsstufen oder mehrere Verdichter erreicht werden.

Zur aktiven Anpassung der Verdichterleistung an die Heizlast besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. In der Praxis eine eher geringe Bedeutung haben Regelungen, die einen Eingriff in den Kältekreis erfordern und verlustbehaftet sind (bspw. Saugdruck- oder Heißgasbypass-Regelung). Tatsächlich werden im Gebäudebereich zur Leistungsanpassung die Drehzahlregelung oder die Digital Scroll Technologie eingesetzt.

Die hierbei fast ausschließlich verwendete Drehzahlregelung wird auch als Inverter-Technologie bezeichnet und wurde bereits viele Jahre erfolgreich in der Klimatechnik verwendet. Mittels Leistungselektronik wird im Antriebsmotor eine dem aktuellen Wärmebedarf entsprechende Drehzahl eingestellt. Der große Vorteil der Inverter-Technologie ist der hohe COP im Teillastbereich. Nachteilig bei dieser Technologie wirkt sich der kontinuierliche Energiebedarf der Elektronik aus.

Der Digital Scroll Verdichter arbeitet nach dem gleichen Grundprinzip wie der Scrollverdichter. Der Unterschied besteht darin, dass der Digital Scroll auch im sogenannten ungeladenen Zustand betrieben werden kann. Dabei arbeitet der Motor bei konstanter Drehzahl im Leerlauf weiter. Die Verdichterleistung ergibt sich durch den Anteil der Laufzeit im ungeladenen Zustand bezogen auf die Dauer eines Zyklus. Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die Leistungsanpassung nur unter Effizienzeinbußen erreicht werden kann.

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