Die 9 Arten von Wärmepumpen

Sep 10, 2023

Während sich die USA der Elektrifizierung zuwenden, werden Wärmepumpen immer beliebter. Dank der großzügigen Steuererleichterungen und Nachlässe, die von Versorgungsunternehmen sowie Landes- und Bundesregierungen angeboten werden, wird der Verkauf von Wärmepumpen in den kommenden Jahren wahrscheinlich exponentiell steigen. Daher ist es wichtig, die breite Palette der derzeit verfügbaren Geräte zu verstehen.

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• Energieeffizienz

• Luftwärmepumpen

• Wohngeothermie

Obwohl es viele verschiedene Arten von Wärmepumpen gibt, funktionieren sie alle auf ähnliche Weise. Im Wesentlichen nutzt die Wärmepumpe ein Kältemittel, um Wärme zum und vom Wohnraum zu übertragen: Im Sommer fungiert sie als Klimaanlage und im Winter kehrt sie den Kältemittelfluss um und wird zu einer Heizeinheit. Der Hauptunterschied zwischen Wärmepumpen besteht darin, wie sie Wärme entziehen, die aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich stammen kann.

Wie es funktioniert: Der in den USA am weitesten verbreitete Wärmepumpentyp ist die Luftkanal-Wärmepumpe. Wie der Name schon sagt, nutzt sie die Umgebungsluft zum Heizen und Kühlen eines Gebäudes. Im Heizmodus entzieht die Wärmepumpe der Außenluft Wärme und überträgt sie in den Innenbereich, wo sie über die vorhandenen Rohrleitungen eines Hauses verteilt wird. Im Kühlmodus kehrt sich der Prozess um und die Wärmepumpe entzieht dem Inneren des Hauses Wärme und gibt sie nach außen ab.

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LUFTGEKÜHLT: Luftkanal-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft zum Heizen und Kühlen eines Gebäudes. Im Heizbetrieb entzieht die Wärmepumpe der Außenluft Wärme und überträgt sie in den Innenbereich; im Kühlbetrieb ist der Vorgang umgekehrt. (Mit freundlicher Genehmigung von Carrier)

„Luftwärmepumpen sind sehr vielseitig und können bei Neubauten oder Nachrüstungen installiert werden“, sagte Heidi Gehring, stellvertretende Leiterin des Kühlproduktmanagements bei Carrier, die auch die folgenden Informationen bereitstellte.

HP-VIELSEITIGKEIT: Luftwärmepumpen sind sehr vielseitig und können in Neubau- oder Sanierungsanwendungen installiert werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Carrier)

Konfigurationen: Bei den meisten Wärmepumpen handelt es sich um Split-Systeme mit einem Innen- und einem Außenregister, die über Vor- und Rücklaufkanäle mit dem zentralen Ventilator im Inneren verbunden sind. Bei kompakten Systemen befinden sich sowohl die Spulen als auch der Ventilator im Freien und leiten die klimatisierte Luft durch Rohrleitungen, die durch ein Dach oder eine Wand verlaufen.“

Vorteile: Wärmepumpen sind vielseitig einsetzbar, wenn es um die Schaffung von Wohnkomfort geht: Sie können im Winter Wärme liefern und im Sommer auch als Klimaanlagen fungieren, indem sie kühlen und Feuchtigkeit abführen. Je nach Art der Wärmepumpe und Anwendung können sie in nahezu jedem Klima eingesetzt werden. Wärmepumpen sind außerdem Dual-Source-fähig, d. h. sie können mit einem Gasofen kombiniert werden, um den individuellen Heizbedarf des Hauses zu decken und gleichzeitig von der Energieeffizienz der Wärmepumpe zu profitieren.

Überlegungen:In der Vergangenheit standen Wärmepumpen vor Herausforderungen, wenn sie mit maximaler Effizienz arbeiteten, wenn die Temperaturen sanken und die Menschen spürten, wie kalte Luft aus dem Register wehte. Dies ist jedoch nicht mehr der Fall, da die Wärmepumpentechnologie Fortschritte gemacht hat und Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten die Leistung in kälteren Klimazonen weiterhin verbessern .

Allerdings können herkömmliche Wärmepumpen bei sinkender Außentemperatur weniger Heizleistung erbringen und müssen daher länger laufen, um einen Raum zu klimatisieren. Heutzutage können viele Wärmepumpenmodelle bei 5 °F effektiv heizen und deutlich unter 0 °F weiterarbeiten, allerdings weniger effizient. In kälteren Klimazonen können Wärmepumpen mit zusätzlicher elektrischer Widerstandsheizung ausgestattet werden, um die Erwärmung des Wohnraums zu unterstützen, wenn das System aufgrund niedriger Außenlufttemperatur die Raumtemperatur nicht aufrechterhalten kann. Oder die Wärmepumpe kann mit einem Gasofen kombiniert werden, was zu größeren Energieeinsparungen führen kann.

Energieeffizienz: Da sie mit Strom betrieben werden, sind Luftwärmepumpen energieeffizienter als viele andere Heizlösungen für Privathaushalte. Ab dem 1. Januar 2023 müssen alle Wärmepumpen gemäß den neuen Effizienzstandards des Energieministeriums (DOE) mit 14,3 SEER2 und 7,5 HSPF2 bewertet sein.

Wie es funktioniert: Eine Kaltklima-Wärmepumpe (KWK) funktioniert auf ähnliche Weise wie eine herkömmliche Luftwärmepumpe mit Kanalleitung. Allerdings ist es darauf ausgelegt, bei kälteren Außentemperaturen höhere Wärmekapazitäten bereitzustellen, sodass weniger Ersatzwärme benötigt wird, sagte Tim Brizendine, Leiter Produktmanagement bei Lennox International Inc., der auch die folgenden Informationen bereitstellte.

KALTES KLIMA: Eine Kaltklima-Wärmepumpe funktioniert auf ähnliche Weise wie eine Luftkanal-Wärmepumpe. Es ist jedoch darauf ausgelegt, bei kälteren Außentemperaturen eine höhere Wärmekapazität bereitzustellen. (Mit freundlicher Genehmigung von Lennox)

Die meisten KWK-Anlagen nutzen einen Kompressor mit variabler Drehzahl und einen Wechselrichter, sodass sie den Kompressor beschleunigen können, wenn es draußen kälter wird, um die Wärmekapazität des Systems aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen. Sie eignen sich am besten für kältere Klimazonen in den nördlichen US-Bundesstaaten und Kanada und können für Nachrüstungen oder Neubauten verwendet werden.

Konfigurationen: Ein BHKW kann als Split-System oder als Package-Unit konzipiert sein; Für Wohnanwendungen sind die meisten in kälteren Klimazonen installierten Systeme jedoch Split-Systeme. Sie können mit einem herkömmlichen Luftbehandlungsgerät mit Backup-Heizstreifen oder mit einem Gasofen als Dual-Brennstoff-System installiert werden.

Vorteile: KWK-Anlagen liefern Wärme bei kälteren Temperaturen und bieten eine effiziente, umweltfreundliche Alternative zu Gasöfen. Sie können mehr als doppelt so effizient sein wie die Verwendung einer elektrischen Ersatzwiderstandsheizung und können auch wärmere Zulufttemperaturen als eine herkömmliche Wärmepumpe liefern, was für mehr Komfort sorgt.

Überlegungen: Ein KWK-Kraftwerk ist immer noch eine Wärmepumpe, daher wird es von den Außenbedingungen beeinflusst, welche Heizleistung und Effizienz es liefern kann. Obwohl sie besser als eine herkömmliche Wärmepumpe sind, gibt es Einschränkungen und sie erfordern immer noch einige Ersatzwärmequellen für extreme Bedingungen und den Abtaubetrieb.

Energieeffizienz: Die meisten KWK-Anlagen verwenden Inverter-betriebene Kompressoren mit variabler Drehzahl, beginnend im saisonalen Wirkungsgradbereich von 18+ SEER (17+ SEER2), 9,6+ HSPF (8+ HSPF2); Allerdings bieten KWK-Anlagen bei kälteren Temperaturen eine bessere Heizkapazität und Effizienz. Die meisten KWK-Anforderungen beziehen sich auf einen Leistungskoeffizienten (COP) – Heizeffizienz der Wärmepumpe unter den angegebenen Bedingungen (Trocken- und Feuchtkugeltemperatur im Innen- und Außenbereich) – bei 5 °F von mindestens 1,8. Es gibt heute viele Systeme auf dem Markt, die diese Anforderungen erfüllen.

Wie es funktioniert: Ein Hybridsystem unterscheidet sich nicht wesentlich von einem typischen Luftwärmepumpensystem. „Der einzige Unterschied besteht darin, dass es keine elektrischen Heizstreifen als Ersatzwärmequelle gibt, sondern einen Gasofen“, sagte Mark Woodruff, leitender Produktmanager für kanalisierte Außengeräte bei Trane Technologies, der auch die folgenden Informationen bereitstellte.

HYBRID SYSTEM: Ein Hybridsystem besteht normalerweise aus einem Luftwärmepumpensystem und einem Gasofen als Ersatzwärmequelle. (Mit freundlicher Genehmigung von Trane)

Hybridsysteme funktionieren in jedem Klima und sowohl für Nachrüstungen als auch für Neubauten. Bei heißem Sommerwetter funktioniert die Wärmepumpe wie eine zentrale Klimaanlage und befördert heiße Luft aus dem Haus. Bei mäßig kalten Temperaturen im Frühling und Herbst sorgt eine Wärmepumpe für ausreichende Wärme; Wenn die Außentemperaturen jedoch weiter sinken, nimmt die Heizleistung und Effizienz der durchschnittlichen Wärmepumpe ab. Wenn die Temperaturen unter 40 °F sinken, übernimmt der Gasofen die schnelle Beheizung des Hauses. Das System ist so konzipiert, dass es abhängig von den Temperaturbedingungen im Haus automatisch zwischen Wärmepumpe und Ofen umschaltet.

„Ähnlich wie ein Hybridauto so oft wie möglich mit Strom fährt und bei Bedarf auf den Gasmotor umschaltet, betreibt eine Hybridwärmepumpe die elektrische Wärmepumpe so oft wie möglich und schaltet bei Bedarf auf den Gasofen um.“ sagte Woodruff.

Konfigurationen:Ein Hybridheizsystem kann aus nahezu jeder Kombination einer Luft- oder Erdwärmepumpe mit einem Gasofen bestehen.

Vorteile: Bestehende Häuser in kälteren Regionen des Landes verwenden häufig Gasöfen und eine Klimaanlage, und die Kosten für die Umstellung auf ein herkömmliches vollelektrisches Wärmepumpensystem können sehr hoch sein. Hybridsysteme bieten diesen Hausbesitzern die Möglichkeit, eine Wärmepumpe einzuführen und ihren CO2-Fußabdruck zu deutlich geringeren Gesamtkosten zu reduzieren, während sie gleichzeitig das Sicherheitsnetz eines Gasofens für extrem kalte Tage/Wochen/Monate beibehalten. Wenn außerdem der Strom ausfällt und der Hausbesitzer über einen Generator verfügt, kann ein Hybridsystem auf den Backup-Gasofen umschalten und das Haus mit sehr geringen Strommengen heizen.

Überlegungen: Auch wenn Hausbesitzern der Begriff „Hybrid-Wärmepumpe“ vielleicht nicht geläufig ist, gibt es diese Systeme schon seit sehr langer Zeit (Jahrzehnte). Die Technologie ist nicht neu und sehr gut etabliert und zuverlässig. Ein anderer gebräuchlicher Name für eine Hybridwärmepumpe ist „Dual Fuel“, ein älterer Name, der aus der Beschreibung stammt, dass diese Art von Systemen das Haus mit einer Kombination aus Strom und Gas heizen.

Energieeffizienz: Es gibt keinen Leistungsunterschied zwischen einer herkömmlichen Wärmepumpe und einem Hybridsystem. Hausbesitzer haben eine Reihe von Optionen, die von einem erstklassigen, hocheffizienten System mit variabler Geschwindigkeit bis hin zu einem sehr kostengünstigen Einstiegssystem mit minimaler Effizienz reichen. Die meisten modernen Thermostate können ein Hybridsystem betreiben.

Wie es funktioniert: Kanallose Mini-Split-Wärmepumpen funktionieren auf die gleiche Weise wie herkömmliche Luftwärmepumpen, außer dass sie zur Verteilung der klimatisierten Luft nicht die vorhandenen Rohrleitungen eines Hauses nutzen, sondern im Wohnraum platzierte Innengeräte. Das Innengerät eines kanallosen Mini-Split-Systems wird im Allgemeinen als Wandgerät bezeichnet.

Es gibt auch kanalisierte Mini-Split-Wärmepumpen, die die vorhandenen Rohrleitungen eines Hauses nutzen, um mehrere Räume oder sogar eine ganze Etage mit klimatisierter Luft zu versorgen. Das Innengerät eines Mini-Split-Geräts mit Kanalanschluss wird im Allgemeinen als Deckenkanalgerät bezeichnet.

„Traditionell symbolisieren Mini-Splits ein Split-System mit geringer Kapazität und einem an der Wand montierten Innengerät. Die Weiterentwicklung des Produkts weltweit und in den USA hat zur Entwicklung vieler anderer Arten von Innengeräten geführt, darunter Deckenkassetten (z. B. Einweg-, Zwei-Wege-, Vier-Wege-Geräte), Bodenkonsolen, schmale Kanalgeräte, horizontale Kanalgeräte, und sogar ein US-amerikanisches Luftbehandlungsgerät“, sagte Terry Frisenda, Bauverkaufsleiter bei LG Electronics USA Inc., der auch die folgenden Informationen bereitstellte.

Konfigurationen: Minisplits sind als Ein- oder Mehrzonensysteme erhältlich. In einem Mehrzonensystem kann das Außengerät mehr als ein Innengerät betreiben. Darüber hinaus verfügt das Mehrzonen-Außengerät über spezielle elektronische Expansionsventile für jedes angeschlossene Innengerät und jedes Innengerät kommuniziert unabhängig mit dem Außengerät, um seinen individuellen Sollwert einzuhalten. Innengeräte können nicht gleichzeitig heizen und kühlen, da bei Verwendung einer Wärmepumpe alle Innengeräte nur im gleichen Modus arbeiten. Bei Verwendung eines Außengeräts mit Wärmerückgewinnung ist eine gleichzeitige Heizung und Kühlung möglich.

Vorteile: Kanallose/kanalisierte Mini-Split-Systeme können sowohl bei Neubauten als auch bei Nachrüstungen eingesetzt werden. Sie sind besonders nützlich in älteren Häusern oder Gebäuden mit eingeschränktem Zugang, historischem Wert und/oder schwierigen Installationsbedingungen. Mini-Split-Wärmepumpen haben einen geringen Strombedarf und einen hohen Wirkungsgrad. Sie sind außerdem leise, bieten Konditionierung für problematische Bereiche und sind für Null-Lot-Linien geeignet.

Überlegungen: In einigen kälteren Klimazonen kann der Einbau einer Zusatzheizung für Mini-Splits von Vorteil sein, bei den meisten wird diese jedoch nie eingeschaltet, wenn das Außengerät richtig dimensioniert ist. Bei einigen Innengeräten mit Kanalanschluss kann je nach Ausführung entweder ein werkseitiger Zusatzheizsatz oder ein Heizsatz eines Drittanbieters hinzugefügt werden. Es sind Außengeräte erhältlich, die bei 5 °F eine Kapazität von 100 % haben und bei -13 °F weiterhin mit einer Kapazität von fast 70 % arbeiten.

Energieeffizienz: Kanallose Systeme der Einstiegsklasse beginnen oft bei 17 SEER und 13,5 HSPF und steigern sich von dort aus. Es ist wichtig zu beachten, dass der Inverter-Kompressor seinen elektrischen Hertz-Wert ändert, wenn er den Sollwert einhält, und den Kompressor und die zugehörigen Komponenten gerade genug betreibt, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, ohne verschwenderische Zyklen wie bei herkömmlichen Systemen.

Wie es funktioniert:Die Technologie des variablen Kältemittelflusses (VRF) bietet den Bewohnern eine energieeffiziente, zonenweise Komfortsteuerung, indem sie Kältemittel nutzt, um vorhandene Wärme aus der Umgebung aufzufangen und wiederzuverwenden, sagte Tom Dowling, Vizepräsident für kommerzielles Geschäft bei Mitsubishi Electric Trane HVAC US LLC (METUS), der auch die folgenden Informationen zur Verfügung stellte.

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GLEICHZEITIGER KOMFORT: VRF-Systeme mit Wärmerückgewinnung sorgen für gleichzeitiges Heizen und Kühlen, was bedeutet, dass einige Zonen im Heizmodus arbeiten können, während andere Zonen im Kühlmodus sind. (Mit freundlicher Genehmigung von Mitsubishi Electric Trane HVAC US)

Luftbasierte VRF-Systeme beziehen Wärme aus der Außenluft, während wasserbasierte Systeme Wärme aus einer nahegelegenen Wasserquelle beziehen, beispielsweise einem geothermischen Brunnen. Beim Kühlen geben VRF-Wärmepumpensysteme Wärme an die Außenluft oder Wasserquelle ab. VRF-Systeme mit Wärmerückgewinnung sorgen für gleichzeitiges Heizen und Kühlen, was bedeutet, dass einige Zonen im Heizmodus arbeiten können, während andere Zonen im Kühlmodus sind.

Moderne VRF-Systeme können bei Anwendung nach Best Practices und unter Berücksichtigung des Winterwetters als primäres Heiz- und Kühlsystem in den Klimazonen 1 bis 6 dienen. Einige Systeme verfügen über zusätzliche Heizfunktionen und mit einigen kreativen Anwendungen des Außengeräts plus Wind und Schneefangzubehör bieten VRF-Systeme Kaltklimafähigkeiten, die über die herkömmlicher Wärmepumpensysteme hinausgehen, auch ohne Zusatzheizung.

DESIGN-FLEXIBILITÄT: Der City Multi N-Generation VRF bietet Anwendungs- und Designflexibilität sowie Nachhaltigkeit und Energieeffizienz. (Mit freundlicher Genehmigung von Mitsubishi Electric Trane HVAC US)

Konfigurationen: Unterstützt durch integrierte Steuerungen und Sensoren heizen und kühlen VRF-Systeme, indem sie konditioniertes Kältemittel zwischen den Innengeräten jeder Zone und einem Außengerät übertragen. Bis zu 50 Innengeräte können an ein einziges Außengerät angeschlossen werden. Es gibt viele Arten von Innengeräten, einschließlich kanalloser und kanalisierter Ausführung. VRF-Systeme modulieren den Kältemittelfluss, sodass das System nur genau die Energiemenge verbraucht, die zur Erfüllung der Klimatisierungsanforderungen jeder Zone erforderlich ist.

Vorteile: VRF-Systeme eignen sich für jedes Klima und für jede gewerbliche oder leichte gewerbliche Anwendung, sowohl für Nachrüstungen als auch für Neubauten. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die vollständige Zonensteuerung, sodass Benutzer nur die Bereiche heizen und kühlen, die eine Konditionierung benötigen, was zu betrieblichen Einsparungen führen kann. Unter anderem aufgrund ihrer Designflexibilität eignen sich VRF-Systeme ideal für vielfältige Anwendungen, von modernen Designs bis hin zu historischen Renovierungen.

Überlegungen: Die Vorabkosten mögen eine Überlegung sein, aber ein wirklich umfassender Vergleich der Vorabkosten für HVAC umfasst mehr als nur die Ausrüstung. Beispielsweise reduzieren die kompakten Außengeräte den Bedarf an speziellen Kränen oder Aufzügen und erfordern keine zusätzlichen Verstärkungen der Dachkonstruktion. Darüber hinaus werden in der Regel Einsparungen durch kürzere Entwurfszeit, einfachere Installation und geringere Arbeitskosten erzielt.

Energieeffizienz: VRF-Systeme sind bis zu 40 % energieeffizienter als herkömmliche HVAC-Geräte mit fester Kapazität. Die meisten dieser Einsparungen treten bei Teillastbedingungen auf, da die Wechselrichterkompressoren des VRF-Systems die Spannung und Frequenz des elektrischen Stroms modulieren, sodass der Kompressormotor hoch- und runterfahren kann, um einen optimalen Kältemittelfluss und -druck zu erreichen. Dadurch kann das VRF-System die Kapazität und den Energieverbrauch variieren, um sie an die Heiz- oder Kühllasten in Echtzeit anzupassen. VRF-Systeme erreichen regelmäßig COPs von 3 und höher, was bedeutet, dass sie viel mehr Wärmeenergie liefern können, als sie in Watt verbrauchen.

SCHLEIFENVERBINDUNG: Eine Wasserwärmepumpe ist an einen Kreislauf angeschlossen, der das Innengerät mit warmem oder kaltem Wasser versorgt. (Mit freundlicher Genehmigung von Bosch Thermotechnik)

Wie es funktioniert:Eine Wasserwärmepumpe (WSHP), auch Erdwärmepumpe genannt, verfügt über einen relativ einfachen Aufbau, der genau wie Luftwärmepumpen funktioniert, um den Temperaturunterschied zwischen zwei Quellen zu nutzen, verwendet jedoch anstelle von Luft Wasser. sagte Ian McIver, Produktmanager bei Bosch Thermotechnology, der auch die folgenden Informationen bereitstellte.

Ein typisches System besteht aus einem Innengerät mit Ventilator, Luftregister, Kompressor und Wasserregister. Die Wärmepumpe ist an einen Kreislauf angeschlossen, der das Innengerät mit warmem oder kaltem Wasser versorgt. Die Wärmepumpe verwendet Kältemittel, um Wärme von der Wasserquelle zu übertragen, indem sie entweder Energie absorbiert, um den Raum zu erwärmen, oder Wärme abgibt, um den Raum zu kühlen. Im Kühlmodus wird warme Luft über die Luftschlange angesaugt, dort gekühlt und dann im Raum verteilt. Im Heizmodus wird kalte Luft über die Luftschlange angesaugt, dort erhitzt und dann im Raum verteilt.

„WSHPs gehören zu den effizientesten und zuverlässigsten HVAC-Systemen auf dem Markt“, sagte McIver.

Konfigurationen: WSHPs sind in verschiedenen Konfigurationen und Größen erhältlich und können in verschiedenen Bereichen eines Hauses oder Gebäudes platziert werden. Zu den Konfigurationen gehören Split-Systeme oder Einzelschrank-Paketsysteme und die Größen reichen von ½ bis 30 Tonnen. Bei WSHPs stehen zahlreiche Optionen zur Auswahl, darunter Kapazität, Spannung, Material der Wasserspule, Rückluftrichtung und viele andere. Sie können für geothermische geschlossene oder offene Brunnenkreisläufe oder für Kessel-/Turm-Kreislaufsysteme eingerichtet werden.

SCHRANKINSTALLATION: WSHPs sind in verschiedenen Konfigurationen und Größen erhältlich und können in verschiedenen Bereichen eines Hauses oder Gebäudes, einschließlich eines Schranks, platziert werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Bosch Thermotechnik)

Es gibt zwei Hauptkategorien für WSHP-Systeme: Wasser-Wasser-Systeme und Wasser-Luft-Systeme. Wasser-Wasser-Wärmepumpen werden zum Erhitzen und Kühlen von Wasser selbst verwendet und können auch Trinkwasser bereitstellen. Raum-, Pool- und Fußbodenheizung; und Schneeschmelze für Gehwege und Einfahrten. Wasser-Luft-Systeme erwärmen und kühlen die Luft für Umluft-Kanalsysteme. Sie können auch einen Enthitzer enthalten, bei dem es sich um einen sekundären Wärmetauscher handelt, der es der Wärmepumpe ermöglicht, Warmwasser zu erhitzen.

Vorteile: WSHPs sind hocheffizient, was die Betriebskosten senken kann. Diese Systeme sind in der Regel leicht zu warten, langlebig und für ihren Betrieb nicht auf fossile Brennstoffe angewiesen. WSHP-Systeme sind nicht auf die Lufttemperatur der Umgebung angewiesen, sondern auf die Temperatur des bereitgestellten Wassers. Dadurch können sie in fast jedem Klima unabhängig von der Außenlufttemperatur effizient funktionieren, solange sie Wasser mit einer angemessenen Temperatur erhalten.

Überlegungen: WSHPs können höhere Installationskosten verursachen, die jedoch durch eine Reduzierung der Betriebskosten ausgeglichen werden können. Geothermische Wärmepumpen, die Energy-Star-Wirkungsgrade erreichen, haben derzeit Anspruch auf staatliche Rabatte und Anreize, die dazu beitragen können, ihre Kosten auszugleichen. Abhängig von der Auslegung der Anlage können zur Deckung des Wärmebedarfs zusätzliche Heizquellen, beispielsweise ein Gasofen, eingesetzt werden.

Energieeffizienz: Um die Energy Star-Anforderungen zu erfüllen, liegen die Mindestwirkungsgrade für eine Erdwärmepumpe bei einem EER von 17,1 und einem COP von 3,6 (geschlossener Wasser-Luft-Kreislauf). Ein Großteil der auf dem Markt erhältlichen Geothermiegeräte übertrifft diese Ziele und kann über 30 EER und 5 COP erreichen.

Wie es funktioniert: Erdwärmepumpensysteme (GSHP) ähneln WSHPs, außer dass GSHPs anstelle von Wasser auf die konstante Temperatur der Erde unterhalb der Frostgrenze angewiesen sind, um Wärme zu übertragen. GSHPs übertragen im Winter im Erdreich gespeicherte Wärme in ein Gebäude und im Sommer aus dem Gebäude heraus und zurück in den Boden. Nach Angaben des Energieministeriums, das einige der folgenden Informationen bereitstellte, fungiert der Boden im Winter im Wesentlichen als Wärmequelle und im Sommer als Wärmesenke.

Ein typisches GSHP besteht aus verbundenen Rohren, die üblicherweise als Schleife bezeichnet werden und in der Nähe des zu klimatisierenden Gebäudes im Boden vergraben sind. Der Kreislauf kann entweder vertikal oder horizontal vergraben werden und zirkuliert eine Flüssigkeit (Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel), die Wärme vom umgebenden Boden aufnimmt oder an ihn überträgt. Im Heizbetrieb entzieht die Wärmepumpe der Flüssigkeit im Kreislauf die Wärme, konzentriert sie und überträgt sie dann an das Gebäude. Beim Abkühlen ist der Vorgang umgekehrt. Zur Verteilung erwärmter oder gekühlter Luft im gesamten Gebäude werden im Allgemeinen herkömmliche Rohrleitungen verwendet.

Konfigurationen:Ähnlich wie WSHPs können GSHP-Konfigurationen Split-Systeme oder Einzelschrank-Paketsysteme umfassen.

Vorteile:Im Vergleich zu herkömmlichen Luftwärmepumpen sind GSHPs leiser, halten länger, erfordern wenig Wartung und sind nicht von der Temperatur der Außenluft abhängig.

Überlegungen: Die Anschaffungskosten einer GSHP sind aufgrund der hohen Vorlaufkosten für die Installation einer Erdschleife in der Regel viel höher als bei herkömmlichen Luftwärmepumpen. Auch die Verfügbarkeit geschulter und erfahrener Auftragnehmer für die ordnungsgemäße Planung und Installation von GSHPs kann begrenzt sein.

Energieeffizienz: GSHPs können den Energieverbrauch im Vergleich zu Luftwärmepumpensystemen um etwa 25 bis 50 % senken und in der kältesten Winternacht einen hohen Wirkungsgrad (300 bis 600 %) erreichen. Die durchschnittlichen EER-Bewertungen liegen normalerweise zwischen 20 und 30.

Wie es funktioniert: Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe überträgt Wärmeenergie von der Außenluft auf Wasser, das dann zum Heizen oder Kühlen von Innenräumen über Fußboden-/Decken-/Wandstrahlungsheizungen, Gebläsekonvektoren oder andere wasserbasierte Endgeräte verwendet wird. Systeme können auch Brauchwasser erwärmen, das in einem isolierten indirekten Tank gespeichert wird, sagte Mark Chaffee, Vizepräsident für Regierungsangelegenheiten und kommerzielles und industrielles Produktmanagement bei Taco Comfort Solutions, der auch die folgenden Informationen bereitstellte:

LUFT ZU WASSER: Chester Birchwood, Inhaber von HVAC Kings LLC in New York City, programmiert die neue Luft-Wasser-Wärmepumpe System M seines Kunden. Das Innengerät ist einer von zwei Teilen des Systems; Die Kondensationseinheit befindet sich im Hinterhof. (Mit freundlicher Genehmigung von Taco)

Systeme bestehen aus einem Luft-Wasser-Wärmepumpen-Außengerät und einem Hydrobox-Innengerät. Der Außenteil der Wärmepumpe kann mit Wechselrichtertechnologie, einem Lüfter mit variabler Drehzahl und geräuscharmem Betrieb ausgestattet sein, während die Hydrobox einen integrierten Puffertank, einen Verkabelungsknotenpunkt, eine Benutzeroberfläche und ein hocheffizientes Dual-ECM-Pumpenleitungsmodul enthält. Durch das geräteähnliche Design kann die Installationszeit um 50 % verkürzt werden.

„Luft-Wasser-Wärmepumpen eignen sich ideal für Hausbesitzer und/oder Installateure, die ihren CO2-Fußabdruck reduzieren möchten, da sie kein CO2 erzeugen und ein Komplettsystem bieten, das einfach zu installieren und zu bedienen ist“, sagte Chaffee.

Konfigurationen: Durch die Monoblock-Konfiguration bleiben alle Komponenten der Wärmepumpe, einschließlich des werkseitig versiegelten Kältemittels R-410A, in einem einzigen Außengehäuse untergebracht. Zwei Rohre transportieren entweder Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel zwischen der Außeneinheit und der inneren Hydrobox sowie den Verteilungsteilen des gesamten HVAC-Systems.

Vorteile: Luft-Wasser-Wärmepumpen können Heizung, Kühlung und Warmwasser aus einem einzigen, kompletten, schlüsselfertigen System bereitstellen. Die Technologie wurde speziell für eine kohlenstoffarme Gesellschaft entwickelt und basiert auf dem Wissen, dass Wasser das effizienteste und natürlichste Energieübertragungsmedium auf dem Planeten ist.

Überlegungen: Luft-Wasser-Wärmepumpen arbeiten – wie die meisten Wärmepumpen – in gemäßigten Klimazonen am effizientesten. Das System entzieht der Umgebungsluft bei Temperaturen bis zu -7 °F Wärme und arbeitet bei diesen Temperaturen immer noch mit höheren Wirkungsgraden als der effizienteste Ofen. In Klimazonen, in denen bei längerem Betrieb Minustemperaturen herrschen, sollten zusätzliche Wärmequellen Teil der gesamten mechanischen Konstruktion sein. Dies kann eine elektrische Widerstandsheizung oder ein kleiner Heizkessel oder Holzofen sein, um extreme Betriebsbedingungen abzudecken.

Energieeffizienz:Systeme können Wirkungsgrade von über 4 COP, also über 400 %, bieten.

Wie es funktioniert: In einer Absorptionswärmepumpe ist die im geschlossenen System verwendete Flüssigkeit eine Lösung aus Wasser und Ammoniak, wobei Ammoniak das Kältemittel und Wasser das Absorptionsmittel ist. Durch einen thermodynamischen Prozess nimmt das Kältemittel entweder Wärme auf, indem es bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck verdampft (Kühlung), oder gibt Wärme ab, indem es bei höherer Temperatur und höherem Druck kondensiert (Heizung). Das System stellt eine Kaltwasserleitung oder Warmwasserleitung bereit. „Es gibt keine Kompressoren oder Motoren und Gas ist der primäre Brennstoff, der zum Starten des thermischen Prozesses verwendet wird“, sagte Bert Warner, nationaler Vertriebs- und Geschäftsentwicklungsmanager bei Robur Corp., der auch die folgenden Informationen bereitstellte.

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KEINE KOMPRESSOREN: In einer Absorptionswärmepumpe gibt es keine Kompressoren oder Motoren, und Gas ist der primäre Brennstoff, der zum Starten des thermischen Prozesses verwendet wird. (Mit freundlicher Genehmigung von Robur)

„Diese Wärmepumpen sind für die meisten Klimazonen geeignet und haben eine Nennleistung von bis zu -20 °F“, sagte er. „Sie können sowohl bei Nachrüstungen als auch bei neuen Anwendungen installiert werden.“

ABSORPTIONS-HP: In einer Absorptions-HP nimmt das Kältemittel entweder Wärme auf, indem es bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck verdampft (Kühlung), oder gibt Wärme ab, indem es bei höherer Temperatur und höherem Druck kondensiert (Heizung). (Mit freundlicher Genehmigung von Robur)

Konfigurationen:Diese Systeme können mit einer Vielzahl von Liefermethoden verwendet werden, darunter Gebläsekonvektoren, Luftbehandlungsgeräte, Deckenkassetten, hohe Wandgeräte, Kühlbalken und Fußbodenheizungen.

Vorteile: Absorptionswärmepumpen sind sehr leise und bieten eine hocheffiziente Gasheizung (129 % Nennwirkungsgrad), einen deutlich geringeren Stromverbrauch und Einsparungen bei den Betriebskosten. Die Einheiten sind zuverlässig und langlebig und verfügen über einen modularen Aufbau.

Überlegungen: Da sie bis zu -20 °F ausgelegt sind, benötigen die meisten Anwendungen kein Backup-System. Wenn die Geräte jedoch längere Zeit unter diesen Nennwerten betrieben werden müssen, ist möglicherweise ein Backup-System erforderlich. In reinen Wärmepumpensystemen, die Wassertemperaturen über 140 °F erfordern, ist eine Vorheizung oder eine integrierte Systemanwendung erforderlich.

Energieeffizienz:Gasabsorptionswärmepumpen werden anhand des COP gemessen und mit dieser Kennzahl liegen die Wirkungsgrade bei über 100 %.

Wie hier zu sehen ist, gibt es viele verschiedene Arten von Wärmepumpen, die für nahezu jeden Einsatzzweck geeignet sind. Wie Brizendine feststellte, haben Wärmepumpen in den letzten ein bis zwei Jahrzehnten große Fortschritte gemacht und bieten größere Kapazitäten, Effizienz und Komfort als je zuvor.

„Einige Auftragnehmer und Verbraucher haben aufgrund ihrer Erfahrungen in der Vergangenheit möglicherweise eine negative Einstellung zu Wärmepumpen“, sagte er. „Aber viele der Mängel bei Wärmepumpen wurden behoben, und künftige Vorschriften werden den Einsatz von Wärmepumpen vorantreiben. Ich würde jedem, der sich mit dem Verkauf und der Installation von Wärmepumpen nicht auskennt, dazu ermutigen, sich über diese Systeme weiterzubilden und zu schulen, damit er für die Zukunft gerüstet ist.“

Joanna Turpin ist leitende Redakteurin. Sie kann unter 248-786-1707 oder [email protected] kontaktiert werden. Joanna ist seit 1991 bei BNP Media und leitete zunächst die technische Buchabteilung des Unternehmens. Sie erwarb ihren Bachelor-Abschluss in Englisch an der University of Washington und arbeitete an ihrem Master-Abschluss in technischer Kommunikation an der Eastern Michigan University.