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Construction Manager
Ersteres ging es darum, dass sich mehrere Teilnehmer des P-Seminars in Physik mit dem technischen Teil des Energiesparhauses auseinandersetzten. Mein Gebiet beschäftigte sich mit der Heiztechnik, welche im Endeffekt einen wirtschaftlichen und gleichzeitig einen technischen Vorteil bieten sollte. Diesen Bedingungen entsprach die Wärmepumpe. Meine Aufagabe im engeren Sinne war es nun, eine Wärmepumpe auszuwählen, die zum einen durch modernisierte Funktionsweise hervorragende Arbeitszahlen erbringt und zum anderen hohe Gewinne im Haushalt erzielt.
Daher habe ich das Schema der Technik der Wärmepumpe genau erläutert, um darzulegen wie sie funktioniert. Im Folge dessen bin ich genauer auf die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe eingegangen: nicht nur die Zahlen (Kosten, Gewinn, etc.), die zu Beginn der Nutzung dieser Heiztechnik entstehen, sondern auch die Zahlen in den darauffolgenden Jahren.
Doch meine Aufgabe war es unter anderem auch eine Alternative der Heizungsanlage ausfindig zu machen. Nach längerer Suche war die Pelletheizung, diejenige, die der Wärmepumpe am nähesten in Sachen Wirtschaftlichkeit stand.
Somit habe ich dies alles zusammengefasst und an dem Projekt Manager weitergegeben, der meine Arbeiten mit den der anderen Teilnehmer einen Überblick erschuf und in Form eines Prospekts darlegte.
Physikalischer Hintergrund der Wärmepumpe
Die „Heimat“ der Wärmepumpe in der Physik ist die Thermodynamik, die Lehre über Energieumwandlung und Wärmeströme. Vor allem drei physikalische Prinzipien sind zum Verständnis einer Wärmepumpe grundlegend: Alltägliche Erfahrung ist, heißer Kaffee wird mit der Zeit kälter und gekühlte Getränke wärmer. Beide Temperaturen gleichen sich an die Raumtemperatur an und es entsteht ein Wärmestrom. Dieser fließt selbstständig nur von einem höheren zu einem tieferen Temperaturniveau. Um Wärme gegen die natürliche Richtung fließen zu lassen, muss eine Pumpe arbeiten. Wärme verhält sich hier wie Wasser, das selbstständig bergab fließt, bergauf aber gepumpt werden muss.
Zweitens liegt die Siedetemperatur von Flüssigkeiten bei niedrigerem Druck tiefer als bei hohem Druck. Im Hochgebirge siedet Wasser bei niedrigeren Temperaturen als auf Meereshöhe. Drittens erfordert ein Verdampfungsprozess Energie, die bei einer Kondensation wieder frei wird. Führt man in einem kreisförmigen Prozess, z. B. in einer Wärmepumpe, zuerst eine Verdampfung und dann eine Kondensation durch, hat man Wärme transportiert. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel (Kohlenwasserstoffe, z. B. Propan oder Fluorkohlenwasserstoffe, z. B. R 134 a).
Wichtigste Eigenschaft von Kältemitteln ist, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen leicht verdampfen. Durch Expansion sinkt die Temperatur des Kältemittels unter das Niveau der Umgebungswärme ab. Diese Temperaturdifferenz zwischen z. B. oberflächennahen Erdschichten und dem Kältemittel ermöglicht einen Wärmestrom zum Verdampfer. Anschließend wird der Kältemitteldampf vom Verdichter angesaugt und komprimiert. Durch diese Druckerhöhung wird die Temperatur des Kältemittels über das Niveau der Hausheizung angehoben. Am Verflüssiger liegt wieder eine Temperaturdifferenz vor und es kommt zu einem Wärmestrom zur Heizung. Das unter Hochdruck stehende Kältemittel kühlt wieder ab, kondensiert und wird über ein Drosselventil entspannt. Anschließend beginnt der Kreisprozess, d. h. verdampfen – verdichten – verflüssigen – entspannen, von Neuem.
Entscheidend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizung. Je geringer sie ausfällt, um so bessere Leistungen werden ermöglicht. Bei einer Wärmepumpenheizung sind dabei die winterlichen Klimabedingungen ausschlaggebend. Von Vorteil sind demnach Wärmequellen, die im Winter über möglichst hohe Temperaturen verfügen, und Heizungssysteme, die mit möglichst niedrigen Temperaturen arbeiten.
Der komplette Zyklus ist in der unteren Abbildung verständlich dargestellt.
1.Berechnung der Kollektorfläche für Wärmepumpe:
AK = Q0 / qE = 9375 W / (27,5 W/m²) = 341 m²
AK : Kollektorfläche
Q0 : Kälteleistung (Heizleistung der Wärmepumpe) = 9,375 kW = 9375 W
qE : spezififische Entzugsleistung = 27,5 W/m²
2. Angabe des Speichers:
· Pufferspeicher => Höhe: 780 mm
Durchmesser: 950 mm Speichervolumen: 300 l
· Warmwasserspeicher => Höhe: 1775 mm
Durchmesser: 660 mm
Speichervolumen: 300 l
3.Kosten der Anlage:
Wärmepumpe 10 000 €
Pufferspeicher 529 €
Warmwasserspeicher 450 €
Fußbodenheizung 6 600 €
Montage 2 000 €
Erdbewegung + Sand 1 200 €
PE Rohre (Erdkollektor) 450 €
PE Anschlüsse 121 €
Soleverteiler + Schacht 1 820 €
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Gesamtkosten 23 170 €
Reparaturkosten fallen nur selten an, da sich die Wärmepumpe als eine langlebige Technologie aufgewiesen hat.
4. Typ der Anlage mit Merkmalen:
· Sole-Wasser-Wärmepumpe geoTHERM von Vaillant mit Jahresarbeitszahl (JAZ) 4
· Pufferspeicher von Vaillant mit 300l Speichervolumen
· Warmwasserspeicher von Vaillant mit 300l Speichervolumen
· Erdkollektoren von Helios, 341m²
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