Luftwärmepumpen bei kaltem Wetter

Die Haupteinschränkung von Luftwärmepumpen ist ein erheblicher Leistungsabfall, wenn die Außentemperaturen den Gefrierbereich erreichen.

Wärmepumpen erweisen sich als effiziente Lösung für die Raumheizung und Klimatisierung, insbesondere wenn sie in Systemen mit variablem Kältemittelfluss eingesetzt werden. Im Kühlbetrieb können sie mit den effizientesten Klimaanlagen mithalten und mit den niedrigen Kosten der Verbrennungsheizung konkurrieren, obwohl sie nur Strom verbrauchen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Widerstandsheizung erzielt eine Wärmepumpe je nach Modell und Betriebsbedingungen Einsparungen im Bereich von 40 bis 80 Prozent.

Während Luftwärmepumpen die Wärme direkt mit der Außenluft austauschen, nutzen Erdwärmepumpen die stabile Temperatur im Untergrund, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen. Angesichts des hohen Preises und der komplexen Installation eines Erdwärmesystems sind Luftwärmepumpen die häufigste Option.

Die Haupteinschränkung von Luftwärmepumpen ist ein erheblicher Leistungsabfall, wenn die Außentemperaturen den Gefrierbereich erreichen. Konstrukteure müssen bei der Spezifikation einer Wärmepumpe die Auswirkungen des örtlichen Wetters berücksichtigen und sicherstellen, dass das System mit geeigneten Maßnahmen für die niedrigsten zu erwartenden Temperaturen ausgestattet ist.

Wie wirkt sich die extreme Kälte auf Luftwärmepumpen aus?

Die größte Herausforderung beim Einsatz einer Luftwärmepumpe bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt besteht darin, die Eisbildung auf den Außenregistern zu kontrollieren. Da das Gerät der bereits kalten Außenluft Wärme entzieht, kann sich leicht Feuchtigkeit ansammeln und auf der Oberfläche der Spulen gefrieren.

Obwohl der Abtauzyklus der Wärmepumpe Eis auf den Außenregistern schmelzen kann, kann das Gerät während der Dauer des Zyklus keine Raumwärme liefern. Wenn die Außentemperaturen sinken, muss die Wärmepumpe häufiger in den Abtauzyklus wechseln, um die Eisbildung auszugleichen. Dadurch wird die Wärmeabgabe an die Innenräume begrenzt.

Da Erdwärmepumpen keine Wärme mit der Außenluft austauschen, sind sie relativ unempfindlich gegenüber Minustemperaturen. Sie erfordern jedoch Ausgrabungen, die unter bestehenden Gebäuden, insbesondere in überfüllten städtischen Gebieten, schwierig durchzuführen sein können.

Spezifizierung von Luftwärmepumpen für kaltes Wetter

Beim Einsatz von Luftwärmepumpen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, den Wärmeverlust während der Abtauzyklen auszugleichen:

Hinzufügen eines Ersatzheizsystems, normalerweise eines Gasbrenners oder einer elektrischen Widerstandsheizung.
Angabe einer Wärmepumpe mit eingebauten Maßnahmen gegen Frostbildung.
Backup-Heizsysteme für Luftwärmepumpen sind eine einfache Lösung, neigen jedoch dazu, die Betriebskosten des Systems zu erhöhen. Die Auslegungsüberlegungen ändern sich je nach Art der spezifizierten Reserveheizung:

Eine elektrische Widerstandsheizung wird mit derselben Energiequelle betrieben wie die Wärmepumpe. Allerdings verbraucht es für eine gegebene Heizlast mehr Strom, was eine größere Verkabelungskapazität erfordert. Auch der Gesamtwirkungsgrad des Systems sinkt, da die Widerstandsheizung deutlich weniger effizient ist als der Wärmepumpenbetrieb.
Ein Gasbrenner erzielt deutlich geringere Betriebskosten als eine Widerstandsheizung. Es erfordert jedoch eine Gasversorgung und ein Abgassystem, was die Installationskosten in die Höhe treibt.
Wenn ein Wärmepumpensystem eine Reserveheizung verwendet, empfiehlt es sich, den Thermostat auf eine moderate Temperatur einzustellen. Dies minimiert die Häufigkeit des Abtauzyklus und die Betriebszeit des Reserveheizsystems und senkt den Gesamtenergieverbrauch.

Wärmepumpen mit integrierten Maßnahmen gegen Kälte

Luftwärmepumpen führender Hersteller sind in der Regel für Außentemperaturen von bis zu -4 °F ausgelegt. Wenn die Geräte jedoch durch Kaltwettermaßnahmen erweitert werden, kann sich ihr Betriebsbereich auf unter -10 °F oder sogar -20 °F erstrecken. Im Folgenden sind einige gängige Konstruktionsmerkmale aufgeführt, die von Wärmepumpenherstellern verwendet werden, um die Auswirkungen des Abtauzyklus abzumildern:

Einige Hersteller verfügen über Wärmespeicher, die weiterhin Wärme liefern können, wenn die Wärmepumpe in den Abtauzyklus eintritt.
Es gibt auch Wärmepumpenkonfigurationen, bei denen eine der heißen Kältemittelleitungen durch das Außengerät zirkuliert, um ein Einfrieren zu verhindern. Der Abtauzyklus wird nur aktiviert, wenn diese Heizwirkung nicht ausreicht.
Wenn ein Wärmepumpensystem mehrere Außengeräte verwendet, können diese so programmiert werden, dass sie nacheinander und nicht gleichzeitig in den Abtauzyklus eintreten. Dadurch verliert das System durch Abtauen nie seine volle Heizleistung.
Außengeräte können auch mit Gehäusen ausgestattet werden, die das Gerät vor direktem Schneefall schützen. Auf diese Weise muss das Gerät nur mit dem Eis umgehen, das sich direkt auf den Spulen bildet.
Obwohl diese Maßnahmen den Abtauzyklus nicht vollständig eliminieren, können sie dessen Auswirkungen auf die Heizleistung verringern. Um die besten Ergebnisse mit einem Luftwärmepumpensystem zu erzielen, ist der erste empfohlene Schritt eine Beurteilung des lokalen Wetters. Auf diese Weise kann von Anfang an ein adäquates System spezifiziert werden; Dies ist einfacher und kostengünstiger als die Aufrüstung einer ungeeigneten Installation.

Ergänzende Maßnahmen zur Steigerung der Wärmepumpeneffizienz

Ein energieeffizientes Wärmepumpensystem reduziert die Heiz- und Kühlkosten. Das Gebäude selbst kann jedoch auch so gestaltet werden, dass der Kühlbedarf im Sommer und der Heizbedarf im Winter minimiert werden. Eine Gebäudehülle mit ausreichender Isolierung und Luftdichtheit minimiert den Heiz- und Kühlbedarf im Vergleich zu einem Gebäude mit schlechter Isolierung und vielen Luftlecks.

Lüftungssteuerungen tragen auch zur Heiz- und Kühleffizienz bei, indem sie den Luftstrom an die Bedürfnisse des Gebäudes anpassen. Wenn Lüftungsanlagen ständig mit vollem Luftstrom arbeiten, ist die Luftmenge, die klimatisiert werden muss, höher. Wird die Belüftung hingegen an die Belegung angepasst, ist die insgesamt zu konditionierende Luftmenge geringer.

Es gibt eine Vielzahl von Heiz- und Kühlkonfigurationen, die in Gebäuden eingesetzt werden können. Die niedrigsten Betriebskosten werden jedoch erzielt, wenn die Installation entsprechend den Anforderungen des Gebäudes optimiert wird.

Artikel von Michael Tobias
Referenz: Tobias, M. (nd). Bitte aktivieren Sie Cookies. StackPath. https://www.contractormag.com/green/article/20883974/airsource-heat-pumps-in-cold-weather.
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