Varmepumpe

Diagram over varmestrømmen (store piler) og kjølemediet (små piler) til en kompresjonsvarmepumpe (se komprimeringskjølemaskin ):
1) kondensator, 2) gasspjeld, 3) fordamper, 4) kompressor
Mørkerød: gassformig, høyt trykk , veldig varm
rosa: væske, høyt trykk, varm
blå: væske, lavt trykk, veldig kaldt
lyseblå: gassformig, lavtrykk, kald

En varmepumpe er en maskin som bruker teknisk arbeid for å absorbere termisk energi fra et reservoar med lavere temperatur (vanligvis er dette miljøet ) og - sammen med drivenergien - som nyttig varme på et system som skal varmes opp med høyere temperatur ( romoppvarming ) overfører. Prosessen som brukes er i prinsippet det motsatte av en varme- og kraftprosess , hvor termisk energi absorberes ved høy temperatur og delvis omdannes til nyttig mekanisk arbeid, og den gjenværende energien blir spilt som spillvarme ved en lavere temperatur , mest til miljøet. . Prinsippet for varmepumpen brukes også til kjøling (som med kjøleskapet ), mens begrepet "varmepumpe" bare brukes om varmeenheten. I avkjølingsprosessen er den nyttige energien varmen som absorberes fra rommet som skal avkjøles, og som sammen med drivenergien blir spredt som spillvarme til miljøet.

teknisk realisering

Figur 1: Kretsskjema over en varmepumpe med kald dampprosess
Figur 2: Ts-diagram over sammenligningsprosessen
Temperaturer. T U = omgivelsestemperatur,
T V = fordampertemperatur,
T K = kondensatortemperatur,
T N / H = nyttig / oppvarmingstemperatur

Varmepumper drives vanligvis med medier som fordamper ved lavt trykk med tilførsel av varme og kondenserer igjen etter å ha blitt komprimert til et høyere trykk ved frigjøring av varme. Trykket velges slik at temperaturene i faseovergangen er i tilstrekkelig avstand fra temperaturene i varmekilden og kjøleribben for varmeoverføring . Avhengig av materialet som brukes er dette trykket i forskjellige områder. Figur 1 viser kretsskjemaet med de fire komponentene som kreves for prosessen: fordamper, kompressor (kompressor), kondensator og gass, Figur 2 viser prosessen i Ts-diagrammet . Teoretisk ville det være mulig å bruke kondensatets arbeidskapasitet når det utvides til lavere trykk av en primus motor, for eksempel en turbin. Imidlertid vil væsken delvis fordampe og forårsake så store tekniske vanskeligheter med bare en liten energiforsterkning, slik at det for enkelhets skyld blir brukt en gasspjeld her (avslapping med konstant total entalpi ).

detaljer

Når det gjelder varmepumper, brukes fysiske effekter av overgangen av en væske til gassfasen og omvendt. Propan har for eksempel egenskapen til å være enten gassformig eller flytende, avhengig av trykk og temperatur på den ene siden, og på den andre siden, som en gass, blir den varm når den komprimeres og avkjøles når den er avslappet: Propan ved normalt lufttrykk og kjølig utetemperatur (f.eks. 5 ° C) er gassformig; komprimerer du den, blir den varmere, men forblir gassformig. Kjøler du den ned til romtemperatur, blir den flytende (trykket synker litt igjen). Hvis du slapper av den flytende propanen, fordamper den (den blir tilbake til gass) og blir veldig kald i prosessen.

Denne effekten utnyttes i varmepumpen: propangassen komprimeres i kompressoren av en motor og varmes opp i prosessen. Den varme, komprimerte gassen kan deretter overføre varmen til vannet i varmesystemet i varmeveksleren. Den komprimerte gassen kjøler seg ned og kondenserer til flytende propan (varmeveksleren i en varmepumpe kalles derfor en kondensator). Under den påfølgende passasjen gjennom ekspansjonsventilen, en gasspjeld (i enkle modeller et ekstremt smalt punkt i røret), utvides den flytende propan, fordamper og blir veldig kald (betydelig kaldere enn 5 ° C). Hvis den kalde gassen får strømme gjennom en andre varmeveksler (vanligvis utenfor huset), som holdes ved 5 ° C fra utsiden - for eksempel gjennom grunnvann eller uteluften - varmes den veldig kalde gassen opp til 5 ° C og miljøet avkjøles med 1 eller 2 ° C. På denne måten absorberer propanen like mye varme fra grunnvannet eller uteluften som det tidligere ga ut til oppvarmingsvannet. Deretter føres den tilbake i kompressoren, og prosessen starter på nytt.

Energien som kreves for å drive varmepumpen reduseres, dvs. driften blir mer effektiv, jo lavere temperaturforskjellen mellom kilde og vask z. B. den strømningstemperaturen av varmesystemet. Lavtemperaturvarmesystemer oppfyller dette kravet best. B. levert gulvvarme .

Avhengig av systemets utforming kan oppvarmingsenergiforbruket reduseres med rundt 30 til 50%. Ved å koble til solenergi, husholdningskraft eller naturgass for å drive varmepumpen, kan karbondioksidutslipp reduseres betydelig sammenlignet med fyringsolje eller gass.

Valget av riktig varmekilde er av spesiell betydning, fordi dette bestemmer den maksimale oppnåelige ytelseskoeffisienten til en varmepumpe.

“Den årlige ytelsesfaktoren er et mål på effektiviteten til en varmepumpe. Den beskriver forholdet mellom nyttig energi i form av varme og kompressorenergien som brukes i form av elektrisitet. ”I gode systemer er denne verdien større enn 5,0 (direkte fordampningssystemer). Det må imidlertid tas i betraktning at verken sekundært forbruk eller lagringstap tas med i beregningen når den årlige ytelseskoeffisienten beregnes .

Økonomi: Ved oppvarming av mindre boligbygg kjøres varmepumper elektrisk. Hvis, fra et økonomisk synspunkt, med en konvensjonell varmeapparat z. B. sammenlignes med gass, gir den årlige ytelsesfaktoren en indikator for en sammenligning av driftskostnadene mellom varmepumper og gassoppvarming. Hvis strømprisen for varmepumpen (i € / kWh) er høyere enn gassprisen (i € / kWh) multiplisert med den årlige ytelseskoeffisienten, kan det forventes at strømkostnadene for varmepumpen er høyere enn kostnadene for å forbrenne gass. Dette gjelder også sammenligningen av en varmepumpe med en oljevarmer. Denne beregningen tar ikke hensyn til mengden CO 2 som frigjøres ved forbrenningsprosesser og den tilhørende globale oppvarmingsprosessen, så vel som frigjort fint støv og mulig følgeskader.

I eldre kullkraftverk som fremdeles er i drift, kan bare en del strøm oppnås fra tre deler termisk energi. For strømdrevne varmepumper er det nødvendig å oppnå høyest mulig andel elektrisitet generert fra fornybare kilder i elektrisitetsmiksen.

Ved direkte elektrisk oppvarming, for eksempel med varmestenger, tilsvarer den genererte varmeenergien nøyaktig den brukte elektriske energien (COP = 1). Imidlertid er den elektriske energien mye høyere kvalitet enn termisk energi ved lave temperaturer, fordi ved å bruke en varmemotor kan bare en del av den termiske effekten omdannes til elektrisk effekt.

Ytelsesbalanse for varmepumpen: COP beskriver kvotienten for brukbar varme ( rød ) og den elektriske kompressorutgangen som brukes til dette ( gul )

Varme kan hentes fra avtrekksluften, uteluften, bakken, kloakken eller grunnvannet ved hjelp av en varmepumpe. Et mangfold av den elektriske kraften som brukes til varmepumpen kan trekkes ut av varmekilden (luft, bakke) og pumpes til et høyere temperaturnivå. I effektbalansen forsynes varmepumpen med elektrisk kraft til kompressordriven og varmen utvunnet fra omgivelsene. Ved utløpet av varmepumpen er en del av strømmen tilgjengelig som varme på et høyere nivå. Tapene i prosessen må også tas med i den nåværende saldoen.

Forholdet mellom varmeeffekten i oppvarmingskretsen og den tilførte elektriske kompressoren blir referert til som ytelseskoeffisienten . Ytelseskoeffisienten har en øvre verdi som ikke kan overskrides og som kan utledes fra Carnot-syklusen . Ytelseskoeffisienten bestemmes på en testbenk i samsvar med EN 14511-standarden (tidligere EN 255) og er bare gyldig under de respektive testbetingelsene. I henhold til EN 14511 kalles ytelsestallet også COP (Coefficient of Performance) . COP er et kvalitetskriterium for varmepumper, men tillater ikke en energisk evaluering av hele systemet.

For å oppnå høyest mulig ytelseskoeffisient og dermed høy energieffektivitet , bør temperaturforskjellen mellom temperaturen til varmekilden og den nyttige temperaturen være så liten som mulig. De varmevekslere bør være utformet for de lavest mulige temperaturforskjeller mellom primær og sekundærsiden.

Begrepet varmepumpe er basert på det faktum at varme fra miljøet heves (pumpes) til et høyere brukbart temperaturnivå. Varmepumpen har en kompressor som drives elektrisk eller av en forbrenningsmotor. Kompressoren komprimerer et kjølemiddel til et høyere trykk, hvorved det varmes opp. Energien som frigjøres under påfølgende kjøling og fortetting av kjølemediet overføres i en varmeveksler til varmeoverføringsmediet til varmekretsen, vanligvis vann eller saltlake . Kjølemediet ekspanderes deretter ved en ekspansjonsventil og det avkjøles. Det kalde kjølemediet mates til fordamperen (geotermiske sonder, luftfordamper) og blir til gassform ved å absorbere omgivende varme ( anergi ).

En ulempe med varmepumpen er de betydelig høyere utgiftene til utstyr. Effektive fordampere (geotermiske sonder, underjordiske overflatevaporatorer) er spesielt kostnadskrevende på grunn av tilhørende jordarbeid. Investeringene sammenlignet med en konvensjonell gass- eller fyringsoljebrenner er betydelig høyere. På den annen side er den vanlige innsatsen for vedlikehold og reparasjon betydelig lavere, for eksempel er det ingen rengjøringskostnader.

Varmepumpeprosessen , kalt Plank-prosessen etter Rudolf Plank , er også kjent som en kombinert varmemotor. Grensetilfellet til en reversibel varmemotor er den venstre Carnot-prosessen .

Kjølemiddel (arbeidsgasser)

Fra 1930 til begynnelsen av 1990-tallet var klorfluorkarboner (CFC) de foretrukne kjølemediene. De kondenserer ved romtemperatur under lett håndterbart trykk. De er giftfrie, ikke brennbare og reagerer ikke med vanlige materialer. Når CFC-er frigjøres, skader de imidlertid ozonlaget i atmosfæren og bidrar til ozonhullet . Bruk av klorfluorkarboner ble derfor forbudt i Tyskland i 1995. Fluorkarboner (PFC) som brukes som erstatning skader ikke ozonlaget, men de bidrar til drivhuseffekten og er oppført som miljøfarlige i Kyoto-protokollen . Rene hydrokarboner som propan eller propylen betraktes som naturlige kjølemidler , hvorved antennbarheten krever spesielle sikkerhetstiltak. Uorganiske, ikke-brennbare alternativer som ammoniakk , karbondioksid eller vann har også blitt brukt til varmepumper. På grunn av spesifikke ulemper har disse kjølemediene ikke klart å etablere seg i større teknisk skala. Ammoniakk (NH 3 ) og karbondioksid (CO 2 ) brukes vanligvis i industrielle kjølesystemer som fryselager og bryggerier. CO 2 vurderes i stedet for fluorkarboner til klimaanlegg og brukes allerede av de første produsentene (fra 2017).

Ytelsestall og kvalitetskvalitet

Ytelseskoeffisienten ε, også referert til i litteraturen som oppvarmingsnummeret til en varmepumpe, er kvotienten til varmen som slippes ut i varmekretsen og energien som brukes:

Med typiske COP-er på 4 til 5, er fire til fem ganger den brukte effekten tilgjengelig som brukbar varmeeffekt; gevinsten kommer fra den ekstraherte omgivelsesvarmen.

Ytelseskoeffisienten avhenger sterkt av nedre og øvre temperaturnivå. I henhold til den andre loven om termodynamikk er den teoretisk maksimale oppnåelige ytelseskoeffisienten til en varmepumpe begrenset av gjensidigheten av Carnot-effektiviteten

De absolutte verdiene skal brukes til temperaturene .

Den kvalitetsnivået av en varmepumpe er den faktiske ytelsen tall knyttet til utførelsen figuren ideelle ved temperaturnivåene som brukes. Det beregnes som:

I praksis oppnås karakterer av varmepumpe i området 0,45 til 0,55.

Eksempelverdier

Det lavere temperaturnivået til en varmepumpe er 10 ° C (= 283,15 K), og den nyttige varmen overføres ved 50 ° C (= 323,15 K). Med en ideell reversibel varmepumpeprosess, motsatt av Carnot-prosessen, ville ytelseskoeffisienten være 8,1. En ytelseskoeffisient på 4,5 kan faktisk oppnås ved dette temperaturnivået. Med en enhet av energi exergi , som er innført som teknisk arbeid eller elektrisk kraft, 3,5 enheter anergi kan pumpes fra omgivelsene til det høye temperaturnivå, slik at 4,5 enheter energi kan brukes som varme ved en oppvarmingsstrømnings temperatur på 50 ° C ( 1 enhet eksergi + 3,5 enheter anergi = 4,5 enheter termisk energi ).

Generelt sett må imidlertid den eksergiske kraftverkets effektivitet og nettoverføringstapene tas i betraktning, som oppnår en samlet effektivitet på ca. 35%. Den nødvendige energien på 1 kWh krever en primærenergiinngang på 100/35 × 1 kWh = 2,86 kWh. Hvis primærenergien ikke brukes i kraftverket, men brukes direkte på stedet for oppvarming, med en forbrenningseffektivitet på 95%, får du 2,86 kWh × 95% = 2,71 kWh termisk energi.

Med henvisning til det eksempel som er gitt ovenfor, i det ideelle tilfelle ( koeffisient på ytelsen = 4.5) 1,6 ganger den brennstoffet entalpien som brukes kan bli omdannet som termisk energi med en oppvarmingsvarme pumpe og 0.95 ganger med et konvensjonelt oppvarmingssystem. Under svært gunstige forhold kan omkjøringskraftverket → elektrisitet → varmepumpe oppnå en 1,65 ganger høyere mengde varme sammenlignet med direkte forbrenning.

En COP på opptil 6,8 oppnås på testbenken ved en grunnvannstemperatur på 10 ° C og en nyttig varmetemperatur på 35 ° C. I praksis er imidlertid kraftverdien som faktisk kan oppnås gjennom året, den årlige ytelsesfaktoren (JAZ) inkludert tap og kraftuttak, bare 4,2. Når det gjelder luft / vann-varmepumper, er verdiene betydelig lavere, noe som reduserer reduksjonen i primærenergibehovet. Under ugunstige forhold - for eksempel med elektrisitet fra fossilt brensel - kan mer primærenergi forbrukes enn ved konvensjonell oppvarming. Slik elektrisk oppvarming er verken i form av klimabeskyttelse eller økonomisk effektiv.

En varmepumpe med JAZ> 3 regnes som energieffektiv. I følge en studie sparer imidlertid elektrisitetsmiksen fra 2008 allerede karbondioksidutslipp fra en JAZ på 2, med ytterligere utvidelse av fornybar energi og erstatning av eldre kraftverk med mer moderne og effektive, besparelsespotensialet, inkludert eksisterende varmepumper, øker ytterligere.

Dataark

I databladene for de forskjellige varmepumpeproduktene er ytelsesparametrene relatert til medium og kilde og måltemperatur; for eksempel:

  • W10 / W50: COP = 4,5,
  • A10 / W35: varmeeffekt 8,8 kW; COP = 4,3,
  • A2 / W50: varmeeffekt 6,8 kW; COP = 2,7,
  • B0 / W35: varmeeffekt 10,35 kW; COP = 4,8,
  • B0 / W50: varmeeffekt 9 kW; COP = 3,6,
  • B10 / W35: varmeeffekt 13,8 kW; COP = 6.1

Etter flere målte COP-verdier på WPT-kontakten. Spesifikasjoner som W10 / W50 indikerer innløps- og utløpstemperaturen til de to mediene. W står for vann, A for luft og B for saltlake , tallet bak temperaturen i ° C. B0 / W35 er for eksempel et driftspunkt for varmepumpen med en saltoppløsningstemperatur på 0 ° C og en vannutløpstemperatur på 35 ° C.

Klassifisering

etter prosedyren
etter varmekilden
etter bruk av varme
i henhold til arbeidsmåten

Det er forskjellige fysiske effekter som kan brukes i en varmepumpe. De viktigste er:

innen bygningsteknologi

Varmepumper brukes også ofte til å varme opp vann til oppvarming av bygninger ( varmepumpeoppvarming ) og til å gi varmt vann . Varmepumper kan brukes alene, i kombinasjon med andre typer oppvarming, samt i distriktet , og lokale varmesystemer . Sistnevnte inkluderer z. B. den kalde lokale oppvarmingen . Følgende kombinasjoner er vanlige (forkortelser i parentes):

Design

14.000 kW absorpsjonsvarmepumpe for bruk av industrielt spillvarme i et østerriksk fjernvarmeanlegg.
Den kompresjons varmepumpe
bruker den fysiske effekten av fordampningsvarmen. Et kjølemiddel sirkulerer i det i en krets, som, drevet av en kompressor, veksler mellom flytende og gassformede tilstander.
Den absorpsjonsvarmepumpe
bruker den fysiske effekten av reaksjonsvarmen når to væsker eller gasser blandes. Den har en løsemiddelkrets og en kjølemediekrets. Løsningsmidlet løses gjentatte ganger eller kastes ut i kjølemediet.
Den adsorpsjon varmepumpe
fungerer med et fast løsningsmiddel, "adsorbenten", hvor kjølemediet adsorberes eller desorberes. Varme tilsettes prosessen under desorpsjon og fjernes under adsorpsjon. Siden adsorbenten ikke kan sirkuleres i en syklus, kan prosessen bare kjøre diskontinuerlig ved å veksle syklisk mellom adsorpsjon og desorpsjon.

Elektrisk drevet kompresjonsvarmepumpe

Innsiden av en fordamper i en luft-til-vann-varmepumpe

Den elektrisk drevne kompresjonsvarmepumpen er den viktigste anvendelsen av varmepumper.Kjølemediet ledes i en lukket krets. Den suges inn av en kompressor, komprimeres og mates til kondensatoren. Kondensatoren er en varmeveksler der kondensvarmen overføres til en væske - for eksempel til en varmtvannskrets eller til romluften. Det flytende kjølemediet blir deretter matet til en ekspansjonsanordning (kapillarrør, termisk eller elektronisk ekspansjonsventil). Kjølemediet blir avkjølt av den adiabatiske ekspansjonen. Sugetrykket innstilles av ekspansjonsanordningen i kombinasjon med kompressorens tilførselshastighet i varmepumpen slik at den mettede damptemperaturen til kjølemediet er under omgivelsestemperaturen. I fordamperen overføres dermed varme fra omgivelsene til kjølemediet og fører til fordampning av kjølemediet. Den omgivende luften eller en saltlake krets som absorberer varmen fra bakken, kan brukes som varmekilde. Det fordampede kjølemediet suges deretter inn av kompressoren. Fra eksemplet beskrevet ovenfor kan det sees at bruken av den elektrisk drevne varmepumpen ved det antatte temperaturnivået ikke tillater en betydelig høyere termisk effektivitet sammenlignet med konvensjonell direkte oppvarming. Forholdet forbedres til fordel for den elektrisk drevne varmepumpen hvis spillvarme ved høyt temperaturnivå kan brukes som en lavere varmekilde eller geotermisk energi kan brukes på høyt temperaturnivå ved bruk av en egnet geotermisk kollektor .

Varmepumpe med olje- eller gassmotordrift

En betydelig høyere termisk effektivitet kan oppnås hvis primærenergien kan brukes som gass eller olje i en motor for å generere teknisk arbeid for direkte drift av varmepumpekompressoren. Med en eksergetisk virkningsgrad på motoren på 35% og en utnyttelse av motorens spillvarme til 90%, kan en samlet termisk effektivitet på 1,8 oppnås. Imidlertid må de betydelige merutgiftene i forhold til direkte oppvarming tas i betraktning, noe som er begrunnet med betydelig høyere investeringer og vedlikeholdskostnader . Imidlertid er det allerede gassvarmepumper på markedet (fra 20 kW varme- / kjølekapasitet og oppover) som klarer seg med serviceintervaller på 10 000 timer (normalt vedlikeholdsarbeid for motoren) og hver 30 000 driftstimer for oljeskiftet og dermed har lengre vedlikeholdsintervaller enn kjeleanlegg. I tillegg skal det bemerkes at visse produsenter av motordrevne gassvarmepumper produserer disse i serieproduksjon, som i Europa har en levetid på mer enn 80 000 driftstimer. Dette er tilfelle på grunn av sofistikert motorstyring, lave hastigheter og optimaliserte enhetsprosesser.

Detaljert beskrivelse av varmepumper for oppvarming av bygninger

historie

Totrinns stempelkompressor installert i Saline Bex i 1877 / Wirth 1955 /
1968: Første sentrale varmepumpeenhet i Tyskland av Klemens Oskar Waterkotte

Varmepumpens historie begynte med utviklingen av dampkompresjonsmaskinen. Det er referert til som en kjølemaskin eller en varmepumpe, avhengig av bruken av tilført eller fjernet varme. I lang tid var målet å lage is kunstig for kjøling. Jacob Perkins fra USA var den første som lyktes med å bygge en slik maskin i 1834. Den inneholdt allerede de fire hovedkomponentene i en moderne varmepumpe: en kompressor, en kondensator, en fordamper og en ekspansjonsventil.

Lord Kelvin spådde varmepumpen allerede i 1852 da han anerkjente at en "omvendt varmemotor" kunne brukes til oppvarmingsformål. Han innså at en slik oppvarmingsenhet ville kreve mindre primærenergi enn ved konvensjonell oppvarming takket være utvinning av varme fra omgivelsene (luft, vann, jord) . Men det ville gå rundt 85 år før den første varmepumpen for romoppvarming gikk i drift. I løpet av denne perioden ble de funksjonelle modellene til pionerene erstattet av mer pålitelige og bedre utformede maskiner på grunnlag av en raskt fremskridt vitenskapelig penetrasjon, spesielt av Carl von Linde og fremdriften i industriell produksjon. Kjølemaskiner og -systemer ble produsert i industriprodukter og i industriell skala. I 1900 var de fleste av de grunnleggende innovasjonene innen kjøleteknologi for iskremproduksjon og senere direkte kjøling av mat og drikke allerede tilgjengelig. Varmepumpeteknologien kan også bygge videre på dette senere.

I perioden før 1875 ble varmepumper først forfulgt av dampkompresjon (åpen varmepumpeprosess) i saltverk med sine åpenbare fordeler for å spare tre og kull. I 1857 var den østerrikske ingeniøren Peter von Rittinger den første som prøvde å implementere ideen om dampkompresjon i et lite pilotanlegg. Antagelig inspirert av eksperimentene til Rittinger i Ebensee, bygde Antoine-Paul Piccard fra Universitetet i Lausanne og ingeniøren JH Weibel fra Weibel-Briquet-selskapet i Genève verdens første virkelig fungerende dampkompresjonssystem med en to-trinns kompressor i Sveits i 1876 . Denne første varmepumpen i Sveits ble installert i Bex saltverk i 1877 . Rundt 1900 forble varmepumper visjoner for noen ingeniører. Sveitseren Heinrich Zoelly var den første som foreslo en elektrisk drevet varmepumpe med jordvarme som varmekilde. For dette mottok han det sveitsiske patentet 59350 i 1919. Men den nyeste teknikken var ennå ikke klar for hans ideer. Det tok rundt tjue år til den første tekniske implementeringen. I USA ble det bygget 1930 klimaanlegg for romkjøling med tilleggsutstyr for romoppvarming. Effektiviteten til romoppvarmingen var imidlertid beskjeden.

Under og etter første verdenskrig led Sveits av svært vanskelig energiimport og utvidet deretter vannkraftverkene sine. I perioden før og spesielt under andre verdenskrig , da det nøytrale Sveits var fullstendig omgitt av fasciststyrte land, ble kullmangel igjen et stort problem. Takket være deres ledende posisjon innen energiteknologi bygde og sveitset de sveitsiske selskapene Sulzer , Escher Wyss og Brown Boveri mellom 1937 og 1945 rundt 35 varmepumper. De viktigste varmekildene var innsjøvann, elvevann, grunnvann og spillvarme. Spesielt bemerkelsesverdig er de seks historiske varmepumpene fra byen Zürich med varmeeffekter fra 100 kW til 6 MW. En internasjonal milepæl er varmepumpen bygget av Escher Wyss i 1937/38 for å erstatte vedovner i Zürich rådhus . For å unngå støy og vibrasjoner ble en nylig utviklet roterende stempelkompressor brukt. Denne historiske varmepumpen oppvarmet rådhuset i 63 år frem til 2001. Først da ble den erstattet av en ny, mer effektiv varmepumpe. De nevnte selskapene hadde bygget ytterligere 25 varmepumper innen 1955. De stadig fallende oljeprisene på 1950- og 1960-tallet førte da til et dramatisk fall i salget av varmepumper. Dampkompresjonsvirksomheten var derimot vellykket. I andre europeiske land ble varmepumper bare brukt sporadisk med samtidig kjøling og oppvarming (f.eks. Meierier). I 1968 ble den første jordkoblede varmepumpen for et enebolig i kombinasjon med gulvvarme ved lav temperatur implementert i Tyskland av Klemens Oskar Waterkotte .

Den oljeblokade av 1973 og den andre oljekrisen i 1979 førte til en økning i prisen på olje med opp til 300%. Denne situasjonen gagnet varmepumpeteknologien enormt. Det var en skikkelig varmepumpebom. Imidlertid ble dette plutselig avsluttet av for mange inkompetente leverandører i sektoren for liten varmepumpe og neste fall i oljeprisen mot slutten av 1980-tallet. Mange varmepumper drevet av gass- og dieselmotorer ble også bygget på 1980-tallet. De lyktes imidlertid ikke. Etter noen års drift måtte de kjempe med for hyppige sammenbrudd og for høye vedlikeholdskostnader. I motsetning til dette var kombinasjonen av kraftvarmeenheter med varmepumper, kjent som “totale energisystemer”, rådende i området med høyere varmeeffekt. I 1986 implementerte Sulzer-Escher-Wyss et totalt energisystem på 19,2 MW med en utnyttelsesgrad på 170% på ETH-Lausanne basert på konseptet Lucien Borel og Ludwig Silberring . Som det største varmepumpesystemet i verden med sjøvann som varmekilde, leverte Sulzer-Escher-Wyss et 180 MW varmepumpesystem med 6 varmepumpeenheter på 30 MW hver til Stockholms fjernvarmenett i 1984-1986 . Utvalget av varmekilder er utvidet til å omfatte termoaktive bygningselementer med integrerte rørledninger, kloakk, tunnelavløp og oppvarmingsnett ved lav temperatur.

I 1985 ble ozonhullet over Antarktis oppdaget. I 1987 var Montreal-protokollen en global samordnet aksjon for å utfase CFC-kjølemidler strengt. Dette førte til globale nødprogrammer og en gjenfødelse av ammoniakk som kjølemiddel. Det klorfrie kjølemediet R-134a ble utviklet og brukt i løpet av bare fire år . I Europa er det også fremmet bruk av brennbare hydrokarboner som propan og isobutan som kjølemedier. Dessuten kommer karbondioksid i stadig større grad. Etter 1990 begynte de hermetiske rullekompressorene å erstatte stempelkompressorene. De små varmepumpene ble mindre voluminøse og hadde et lavere kuldemediuminnhold. Markedet for små varmepumper krevde likevel en viss ”selvrensende effekt” og samlet ledsagende tiltak for kvalitetssikring før en vellykket omstart var mulig mot slutten av 1980-tallet.

Etter å ha overvunnet den "brente barneeffekten" i små varmepumper, begynte varmepumpeoppvarmingen å spre seg raskt i 1990. Denne suksessen er basert på tekniske fremskritt, større pålitelighet, roligere og mer effektive kompressorer, samt bedre kontroll - men ikke mindre også på bedre trente planleggere og installatører, godkjenningsforseglinger for minstekrav og sist men ikke minst, til en enorm pris reduksjon. Takket være kraftregulering gjennom mer kostnadseffektive omformere og mer kompleks prosessstyring, er varmepumper nå i stand til å oppfylle kravene til renoveringsmarkedet med høy energieffektivitet.

Se også

litteratur

  • Hermann Recknagel, Ernst-Rudolf Schramek, Eberhard Sprenger: Lommebok for oppvarming av klimaanleggsteknologi. 76. utgave. Oldenbourg, München 2014, ISBN 978-3-8356-3325-4 .
  • Maake-Eckert: Pohlmann Taschenbuch der Kältetechnik. CF Müller, Karlsruhe 2000, ISBN 978-3-7880-7310-7 .
  • Marek Miara et al.: Varmepumper - oppvarming - kjøling - ved bruk av miljøenergi. BINE-Fachbuch, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8167-9046-4 (grunnleggende med fokus på systemteknikk, overvåkingserfaring, dagens teknologi).
  • Klaus Daniels: Building Technology, En guide for arkitekter og ingeniører. VDF , Zürich 2000, ISBN 3-7281-2727-2 .
  • Varme fra fornybar energi, sparer kostnader - øk livskvaliteten - beskytt miljøet. Brosjyre fra det tyske energibyrået , Berlin 02/2007, s. 33–36 ( online PDF 46 sider 2,6 MB ).
  • Thorsten Schröder, Bernhard Lüke: Varmekilder for varmepumper. Dortmund-bok, Dortmund 2013, ISBN 978-3-9812130-7-2 .
  • Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher: Fornybare energier i Østerrike. Grunnleggende, systemteknologi, miljøaspekter, kostnadsanalyser, potensial, bruk. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0839-4 .
  • Jürgen Bonin: Håndbok varmepumper. Planlegging og prosjektplanlegging. Publisert av DIN , Beuth, Berlin / Wien / Zürich 2012, ISBN 978-3-410-22130-2 .

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ a b c d Varme fra fornybar energi, spare kostnader - øke livskvaliteten - beskytt miljøet , brosjyre fra Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) (www.dena.de) 02/2007, s. 33–36.
  2. ↑ a b Landolt Börnstein, New Series VIII / 3C, stikkord: Varmepumper, s. 608–626.
  3. ↑ Årlig ytelseskoeffisient for varmepumper .
  4. ↑ Energisparing i bygninger: toppmoderne; Trender, på Google Bøker , side 161, åpnet 16. august 2016.
  5. ↑ Energiøkonomisk vurdering av varmepumpen i bygningsoppvarming ( minnesmerke fra 5. mars 2018 i Internet Archive )
  6. ↑ Cert-book
  7. ^ A b c d e Zogg M.: History of the varmepumpe - Sveitsiske bidrag og internasjonale milepæler, Federal Office of Energy, Bern 2008. ( admin.ch [åpnet 4. august 2020]).
  8. ^ Thomson W.: Om økonomien i oppvarming og kjøling av bygninger ved hjelp av strømmer av luft. I: prosedyrer fra Philosophical Society. Nr. 3, 1852, s. 269-272.
  9. Inger Wolfinger U.: 125 år med Linde - en kronikk, Linde AG, Wiesbaden 2004. ( vhkk.org [PDF; åpnet 4. august 2020]).
  10. ^ Thevenot K. "En historie om kjøling over hele verden, International Institute of Refrigeration, Paris 1979."
  11. Irth Wirth E.: Fra historien om utviklingen av varmepumpen, Schweizerische Bauzeitung 1955, vol. 73, nr. 52, s. 647-650. ( e-periodica.ch [åpnet 4. august 2020]).
  12. ^ Zogg M.: History of Heat Pumps - Swiss Contributions and International Milestones, Swiss Federal Office of Energy, Berne 2008. ( admin.ch [åpnet 4. august 2020]).
  13. ↑ Waterkotte, K. (1968): jord-vann-varmepumpesystem for et hus . ETA elektrowärme int. 30 / A, s. 39–43, Essen.
  14. ↑ Pelet X., D. Favrat, A. Voegeli: Erfaring med 3,9 MWth Ammoniak-varmepumper - Status etter elleve års drift. I: forhandlinger fra Workshop IEA Annex 22, Gatlinburg, TN, USA, okt. 2-3, 1997.
  15. ^ Zehnder M., D. Favrat, E. Zahnd, J. Cizmar, D. Trüssel: Varmepumpe med mellominjeksjon i rullekompressorer, sluttrapport, Federal Office of Energy, Bern 2000. ( admin.ch [åpnet 4. august , 2020]).