Solarthermie in Kombination mit Wärmepumpe

Ein Thema, was in der letzten Zeit stark in den Fokus geraten ist und welches Verbraucher und Interessenten der Erneuerbaren Energien interessiert: Wärmepumpen. Fession hat für Sie recherchiert und gibt Ihnen einen Überblick darüber, welche Möglichkeiten Ihnen mit Solarthermie und Wärmepumpen zur Verfügung stehen.

Die Wärmepumpe

In der Außenluft, der Erde und im Grundwasser ist die sogenannte Umweltwärme. Diese ist zur Nutzung für die Gebäudeheizung und zur Trinkwassererwärmung allerdings nicht ausreichend. Um die Temperatur anzuheben und die Wärme nutzbar zu machen, wird eine Wärmepumpe eingesetzt. Mit Hilfe der Wärmepumpe wird das Temperaturniveau angehoben. Neben der Nutzung von Bodenwärme und Grundwasserwärme ist auch die Nutzung von Abwärme aus industriellen Produktionsprozessen möglich. Um das Temperaturniveau der Umweltwärme anzuheben, ist es notwendig, Fremdenergie einzusetzen. 

Im Wesentlichen besteht eine Wärmepumpe aus einem Kompressor/Verdichter mit Antriebsmotor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer. Der Verdichter gilt dabei als Herzstück einer jeden Wärmepumpe. Darin wird das Kältemittel verdichtet, wodurch es sich erwärmt. Es wird mit einem Druck von ca. 20bar gearbeitet, wodurch das Kältemittel stark erwärmt werden kann und die Nutzung zum Heizen und Erwärmen des Trinkwassers möglich wird. Im Kondensator wird das Kältemittel verflüssigt. Der Wärmetauscher, der dazu eingesetzt wird, ist meist ein großflächiger Plattenwärmetauscher. Das Gas strömt in diesen ein und trifft auf das kältere Heizungswasser, wodurch es abkühlt und kondensiert. Die dabei entstehende Wärme, welche auf die Änderung des Aggregatzustandes des Kältemittels zurückzuführen ist, wird also der Heizung zugeführt. Darauffolgend wird das flüssige Kältemittel durch das Expansionsventil gepresst, welches die Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer reguliert. Im Verdampfer, welcher meist ebenfalls ein Plattenwärmetauscher ist, wird das flüssige Kältemittel nun mittels der Umweltwärme entsprechend erwärmt, mit dem Ziel, dieses zu verdampfen und damit den Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig zu ändern. Die Grundkomponenten erzeugen einen Kreislauf, indem das Kältemittel zirkuliert. Abhängig von Modell und Art der Wärmepumpe gehören noch weitere Komponenten zu einer vollständigen Wärmepumpe. Das Kältemittel, welches für die Wärmepumpe genutzt wird, ist meist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen.

Wärmepumpen gibt es in zahlreichen Varianten. Es wird dabei je nach Umweltwärmequelle unterschieden. Zu nennen sind dabei Luft-Wasser-Wärmepumpe, Wasser-Wasser-Wärmepumpe und Sole-Wasser-Wärmepumpe. Bei diesen Wärmepumpen gibt es noch weitere Variationen und Unterscheidungen, welche eine optimale Anpassung an die jeweiligen Bedingungen möglich machen.

Solarthermie und Wärmepumpe

Eine Kombination aus Solarthermie und Wärmepumpe ist auf verschiedene Arten möglich. Wird die Wärmepumpe an den gleichen Kreislauf wie die solarthermische Anlage gekoppelt, d.h. es erfolgt eine Heizungsunterstützung oder Trinkwassererwärmung durch das Heizen beider Komponenten auf einen Speicher, so ist eine gegenseitige Unterstützung abhängig von der Sonneneinstrahlung möglich. Dadurch wird eine effizientere Nutzung der solarthermischen Anlage erreicht, eine Überbrückung der kühleren Monate wird möglich. Eine andere Möglichkeit der Kombination ist die Nutzung der thermischen Energie, welche durch die Solaranlage gewonnen wird, als Quelle für den Verdampfer der Wärmepumpe.

Werden Solarthermie und Wärmepumpe kombiniert, entstehen in jedem Fall Vorteile für den Verbraucher. Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage ist höher, die Effizienz steigert sich und die Anlage ist ganzjährig einsetzbar für Heizungsunterstützung und Trinkwassererwärmung.

Quellen:

Bonin, J. (2012): „Handbuch Wärmepumpen – Planung und Projektierung“
Eicker, U. (2012): „Solare Technologien für Gebäude“