Gas Wärmepumpen

Bisher kannte ich nur elektrisch angetriebene Wärmepumpen. Jetzt habe ich über eine Gaswärmepumpe gelesen.

Generell zur Wärmepumpen

Die Umgebungswärme wird in ein Verdichter gepumpt mit Hilfe von Kältemittel (das Arbeitsmedium) vom tieferen auf einem höheren Temperatur. Das untere Temperaturniveau liegt bei 10 °C und die Nutzwärme bei 50°C. Im Kondensator ändert das Kältemittel seinen Zustand von gasförmig nach flüssig und gibt die die aufgenomene Umgebungs- und Kompressionswärme ab. Das flüssige Arbeitsmedium nimmt im Verdampfer die Umgebungswärme auf und wird dabei wieder gasförmig und der Kreislauf beginnt wieder von vorne. Dies ist der Carnot-Kreislaufprozess, dabei ist der Wirkungsgrad zu beachten. Die abgegebene Temperaturen liegen weiter auseinander als Quellen (Umgebungswärme und Raumtemperatur).

Die Umgebungswärme kann dabei aus verschiedenen Quellen stammen. Am verbreitetsten sind Luft/Wasser-Wärmepumpen, welche die Umgebungswärme aus der Aussenluft gewinnen. Daneben gibt es auch Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die die Wärme aus dem Grundwasser aufnehmen. Weiter gibt es Sole/Wasser-Wärmepumpen, bei denen die Wärme mittels Erdregistern oder Erdspiessen aus dem Boden geholt wird.

Soweit sind drei Systeme erhältlich, diese sind:

Gasmotor-Wärmepumpen

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Diffusions - Absorbtions - Wärmepumpe (DAWP)

Ich werde auf zwei Systeme näher eingehen:

Gasmotor-Wärmepumpen

In einer Gasmotorwärmepumpe wird der Kompressor von einem Gasmotor angetrieben. Die Abwärme die durch den Gasmotor entsteht wird auch zum heizen gebraucht. Dieser Wärmepumpen-Prozess kann auch umgekehrt werden, wodurch aus der gleichen Maschine eine Kältemaschine wird, die im Sommer zum Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden kann. In einem Gas-Wärmepumpen erreicht die COP (Coefficient of Performance oder auf Deutsch den Leistungs Koeffizienten) ca. 1,2 bis 1,8 wobei hier die zusätzliche Wärme vom Gasmotor erst in der Heizzahl dazugerechnet wird. Gasmotor Wärmepumpen haben 18 - 70kW Heiz- und 14 - 55kW Kühlleistung und werden hauptsächlich im Gewerbe und Dienstleistungsbereich eingesetzt.

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Im Gas-Absorbtions-Wärmepumpe, wie beim elektrischen, wird Ammoniak in Wasser gelöst die Umgebungswärme transportieren im Krieslauf. Der Kreislauf wird durch einen Gasbrenner erhitzt und das Ammoniak teilt sich vom Wasser indem es sich verdampft. Das heisse Ammoniak Gas gibt den Kondensator die gewonnene Wärme ab und wird wieder flüssig. Danach geht das flüssige Ammoniak Gas in den Verdampfer, wo es Umgebungswärme wieder aufnimmt. Das flüssige Gas geht in den Absorber um Wasser aufzunehmen und weiter in den Austreiber der vom Gasbrenner erhitzt wird. Auch dieses System kann umgekehrt werden für das Kühlen. Hier ist die Leistung deutlich höher: Heizen: 32 -175kW und Kühlen 16 - 85 kW (für Luft - Wasser und Wasser - Wasser Systeme)

GWP im Vergleich zu EWP

Grundsätzlich sind beide Systeme gleichwertig und weisen den grossen Vorteil auf, die kostenlos zur Verfügung stehende Energie der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) zu nutzen, was Jahresarbeitszahlen deutlich über 1 ermöglicht.

Direktvergleich der Leistungsziffern (schwierig)

Die zahl sind sehr unterschiedlich weil bei der EWP wird das Verhältnis Strom-Input/Wärme-Output mit einer Leistungsziffer ausgedrückt der gut bei 4.5 COP liegt, bei der Gaswärmepumpe, der bei 1,2 bis 1,8 liegt muss die Abwärme vom Motor dazu gezählt werden, aber hier spricht man von einer Heizzahl. Allerdings ist ein direkter Vergleich der Leistungsziffern von EWP und Heizzahlen von GWP nicht möglich, da diese bei einer EWP entscheidend von der Produktionsweise des Stroms abhängt: Dieser ist im Gegensatz zu Erdgas nicht eine Primärenergie, sondern ein sekundärer Energieträger.

Ökobilanz abhängig von Stromproduktion

Was die Öko- und insbesondere die CO2-Bilanz anbelangt,

so kommt es ebenfalls entscheidend auf die Herkunft (Produktionsweise) des Stroms und auf die allfällige Beimischung von CO2-neutralem Biogas zum Erdgas an. Trotzdem funktioniert der GWP mit einem endlichen Energie, bei der EWP wäre es möglich Solarenergie einzusetzen.

Individuelle Situation massgeblich

Aufgrund verschiedener Unterarten und Kombinationsvarianten sowie der unterschiedlichen klimatischen oder baulichen Voraussetzungen kann kein generelles Urteil gefällt werden. Es ist jeweils im Einzelfall zu prüfen, welche Lösung zu optimalen Resultaten führt. Zusätzlich spielen Investitionshorizont, Komfortanforderungen, Verfügbarkeit von Erdgas etc. eine wichtige Rolle.

Heizleistung bei tiefen Aussentemperaturen

Bei tiefen Aussentemperaturen wird es für Wärmepumpen zunehmend schwierig, Umgebungswärme aufzunehmen (z.B. aufgrund von Vereisung des Luftregisters). Selbst bei extrem tiefen Aussentemperaturen unterschreitet die Leistung der Gaswärmepumpe aber nicht die nominale Leistung des Gasbrenners beziehungsweise die mechanische und thermische Leistung des Gasmotors. Der Wirkungsgrad beträgt so auch im schlechtesten Fall noch mehr als 100%.

CO2

Der CO2 Abgabe beim verbrennen von Erdgas liegt ca. 25% tiefer als beim Heizöl. Die ist abhängig von der chemischen Struktur, der eine höhere Energieinhalt pro Kohlenstoff-Atom nachweist. Der Wirkungsgrad eines kondensierenden Gaskessels beträgt gegen 110% und mit Hilfe der zusätzlich genutzte Abwärme beim Verbrennen bekommt der GWP einen Wirkungsgrad von 130 - 180%.

Charlotte Hille