„ Entdecken Sie den Energieschatz in Ihrem Vorgarten! “

1. Start „Entdecken Sie den Energieschatz in Ihrem Vorgarten!“ (Slogan einer Marketinginitiative für Erdwärmepumpen) Quelle: www.bine.info

2. Start Welche natürlichen Wärmespeicher gibt es? Gespeicherte Sonnenenergie Vorteile Nachteile Hohe Kosten einer entsprechenden Anlage Unerschöpfliche Energiequellen Kontinuierliche Verfügbarkeit . . . Keine laufenden Energiekosten Lediglich Wärme auf niedrigem Temperaturniveau verfügbar . . . Zum Heizen werden jedoch wesentlich höhere Temperaturen benötigt (mind. 35 °C Heizungsvorlauf für z.B. eine Fußbodenheizung) !

3. Start Kann mit Wärme geringer Temperatur eine Umgebung höherer Temperatur beheizt werden? ! ? Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik fließt ein Wärmestrom stets von einem System höherer Temperatur in Richtung eines Systems niederer Temperatur, sodass sich die Temperaturen beider Systeme angleichen. Q+ T2,Quelle T1,Haus , T1> T2 Hohes Temperaturniveau W Zur Umkehrung dieser Fließrichtung muss das kältere System mit T2 (die Umgebung) noch weiter abgekühlt werden, sodass ihm Wärme entzogen werden kann. Anschließend wird die gewonnene Wärme mittels eines Kompressors unter Zufuhr von Arbeit auf ein höheres Temperaturniveau T1 angehoben, sodass diese Wärme höherer Temperatur schließlich an ein Heizsystem abgegeben werden kann. Eine solche Anlage ist eine Wärmepumpe. Umgebung (Wärmequelle) Niedriges Temperaturniveau Skizze: Wärmepumpe Als „Wärmeträger“ wird hierbei ein sog. Arbeitsmedium, konkret ein reales Gas verwendet.

4. Start Das Prinzip der Wärmepumpe im Detail Kältemittelkreislauf Im sogenannten Kältekreislauf zirkuliert als Arbeitsmedium ein Kältemittel, das zur Wärmeübertragung dient. Dieses ist bei normalen Druck- und Temperatur-bedingungenflüssig und besitzt einen sehr niedrigen Siedepunkt. Werden Druck und Temperatur erhöht, geht das Kältemittel in den gasförmigenAggregatszustand über. Verdampfer Als Energiequelle dient hier z.B. Luft mit einer Temperatur von 7 °C. Sie durchströmt einen Verdampfer, der von -2 °C kaltem Kältemittel durchflossen wird. Im Verdampfer erwärmt sich nun also das Kältemittel um 5 K auf 3 °C, wobei der Siedepunkt von ca. 0 °C überschritten wird. Das Kältemittel geht in den Gasförmigen Zustand über. Veranschaulichung: Ethanol w Kompressor Ein elektrischer Verdichter/Kompressor saugt nun das gasförmige Kältemittel an und komprimiert es. Durch adiabatische Verdichtung steigen sowohl Druck als auch Temperatur an. Das Kältemittel befindet sich nun als Heißgas auf einem hohen Temperaturniveau. Veranschaulichung: 0 Kondensator Das Heißgas hat nun nach Aufbringen von Arbeit in Form elektrischer Energie ein zum Heizen nutzbares Temperaturniveau erreicht. Es strömt in den Kondensator und gibt hier einen Teil seiner Wärme durch Kondensation an den Vorlauf der Heizung ab. Das Kältemittel ist nun also wieder flüssig. Veranschaulichung: Expansionsventil Im Expansionsventil kann sich das nun mehr 48 °C warme Kältemittel ausdehnen und erlangt so seine ursprüngliche Ausgangstemperatur von -2°C. Der Kreislauf schließt sich und das Kältemittel kann erneut Wärmeenergie aus der Umwelt aufnehmen und transportieren. Veranschaulichung: T1, Q1 Quelle Abb. links: www.ochsner.de

5. Start Interaktives Modell einer Erdwärmepumpe T1, Q1

6. Start Klassifikation nach Wärmepumpen-Typen Bildquelle: Sole/Wasser-Wärmepumpe • Luft/Wasser-Wärmepumpe • Luft/Luft-Wärmepumpe • Wasser/Wasser-Wärmepumpe T1, Q1

7. Start Wie effizient ist eine Wärmepumpe? = Nutzleistung der Wärmepumpe = Leistung der Wärmequelle + elektrische Kompressorleistung = Q2 + Pel . T1, Q1 = Leistung der Wärmequelle Die Leistungszahl  Der COP „coefficient of performance“ Die Jahresarbeitszahl (JAZ) 

8. Start Aktueller Stand & Ausblick T1, Q1