Hochtemperatur-Wärmepumpen für deutlich höhere Vorlauftemperatur

Hochtemperatur-Wärmepumpen können auch in schwach gedämmten Gebäuden verwendet werden, wenn herkömmliche Wärmepumpen an ihre Grenzen stoßen. Der Grund dafür ist die deutlich höhere Vorlauftemperatur, die Hochtemperatur-Wärmepumpen erreichen können. Diese Wärmepumpen nutzen dieselben Wärmequellen wie andere Wärmepumpen.

Hochtemperatur-Wärmepumpen – für hohe Vorlauftemperaturen ausgelegt

Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur des Heizwassers, das aus dem Wärmeerzeuger in die Heizkörper gelangt. Der Stromverbrauch ist umso höher, je höher die Vorlauftemperatur ist.

Hochtemperatur-Wärmepumpen nutzen keine andere Heiztechnik und keine anderen Wärmequellen als herkömmliche Wärmepumpen. Sie sind jedoch auf höhere Vorlauftemperaturen ausgelegt.

Während klassische Wärmepumpen bei Vorlauftemperaturen bis 55 Grad Celsius effizient arbeiten, bringen es Hochtemperatur-Wärmepumpen auf eine Vorlauftemperatur von 80 bis 100 Grad Celsius.

Eine klassische Wärmepumpe verbraucht bei einer Vorlauftemperatur von 70 Grad Celsius ungefähr 30 Prozent mehr Strom als bei einer Vorlauftemperatur von 55 Grad Celsius. Hier kann die Hochtemperatur-Wärmepumpe ins Spiel kommen. Sie kann dort genutzt werden, wenn dauerhaft eine Vorlauftemperatur von mehr als 60 Grad Celsius erforderlich ist.

Funktionsweise von Hochtemperatur-Wärmepumpen

Hochtemperatur-Wärmepumpen arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip wie andere Wärmepumpen und nutzen dieselben Wärmequellen. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert das Kältemittel, das Wärmeenergie aus der entsprechenden Energiequelle aufnimmt.

Druck und Temperatur steigen an, wenn ein Verdichter das Gas zusammenpresst. Über einen Wärmetauscher gibt das Kältemittel die Wärme an das Heizwasser und den Heizkreislauf ab. Es kühlt dann wieder ab und verflüssigt sich. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Auch die Hochtemperatur-Wärmepumpe funktioniert nach diesem Prinzip. Die meisten konventionellen Wärmepumpen erzielen eine maximale Vorlauftemperatur von rund 55 bis 60 °C.

Mit nur einem Kältekreis erreichen moderne Geräte, die das Kältemittel Propan (R290) verwenden, bereits Temperaturen von bis zu 70 oder 75 Grad Celsius. Hochtemperatur-Wärmepumpen sind in der Lage, diese Temperatur weiter zu steigern. Sie verwenden dafür oft einen zweiten Kältemittelkreislauf.

Der Sprung auf höhere Heiztemperaturen ist bei den Hochtemperatur-Wärmepumpen technisch anspruchsvoller. Bei höheren Zieltemperaturen benötigen Hochtemperatur-Wärmepumpen deutlich mehr Energie als klassische Wärmepumpen.

Nutzung von zwei Kreisprozessen

Häufig haben Hochtemperatur-Wärmepumpen einen zweiten Kreislauf. Jeder der beiden Kreisläufe nutzt ein anderes Kältemittel. Hat das Kältemittel im ersten Kreislauf die Höchsttemperatur erreicht, erhitzt es das im zweiten Kreislauf befindliche Kältemittel. Die beiden Kreislaufprozesse laufen nacheinander ab.

Das Kältemittel im zweiten Kreislauf wird gasförmig und kann eine deutlich höhere Temperatur erreichen, da es stärker verdichtet wird.

Die Hochtemperatur-Wärmepumpe unterscheidet sich von der klassischen Wärmepumpe nicht nur durch den zweiten Kreislauf. Die Bauteile sind auch anders beschaffen, da sie einen höheren Druck aushalten müssen.

Stärken von Hochtemperatur-Wärmepumpen

Hochtemperatur-Wärmepumpen haben gegenüber klassischen Wärmepumpen einige Vorteile:

• Abwärme oder erneuerbare Wärmequellen können bei hohen Temperaturen effizient genutzt werden
• CO2-Emissionen und Primär-Energieverbrauch werden reduziert
• Geringere Betriebskosten, verglichen mit fossilen Brennstoffen
• Beitrag zur Energiewende
• Höhere Temperaturen und verbesserte Leistung durch technologische Fortschritte
• Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Schwächen von Hochtemperatur-Wärmepumpen

Hochtemperatur-Wärmepumpen haben nicht nur Vorteile, sondern auch einige Schwächen:

• Spezialisierte Materialien und Komponenten für den Hochtemperaturbereich sind nur begrenzt verfügbar
• Kosten werden im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen aufgrund der höheren Anforderungen an die Komponenten erhöht
• Integration in bestehende Systeme kann eine technische Herausforderung darstellen
• Für optimale Leistung und durchgängigen Betrieb ist eine sorgfältige Planung erforderlich
• Je niedriger die Temperatur der Wärmequelle und je größer der Temperaturunterschied, desto geringer ist die Effizienz

Anwendungsmöglichkeiten von Hochtemperatur-Wärmequellen

Hochtemperatur-Wärmepumpen sind für den Einsatz in Wohngebäuden geeignet. Sie sind geeignet für schlecht gedämmte Altbauten mit relativ kleinen Heizkörpern.

Aufgrund der unzureichenden Dämmung und der kleinen Heizfläche muss die Vorlauftemperatur höher sein. Im Gegensatz dazu erlauben größere Heizkörper geringere Vorlauftemperaturen.

Auch für die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern ist eine hohe Vorlauftemperatur notwendig: Gemäß dem DVGW-Arbeitsblatt W 551 muss in zentralen Trinkwasser-Großanlagen am Austritt des Trinkwassererwärmers zum Schutz vor Legionellen dauerhaft eine Temperatur von 60 Grad Celsius eingehalten werden. Hochtemperatur-Wärmepumpen können auch hier verwendet werden. In der Industrie bieten sich zusätzliche Einsatzmöglichkeiten zur Bereitstellung von Prozesswärme.

Hybridsysteme als Alternative in Altbauten

In Altbauten können bivalente Systeme sinnvolle Alternativen zu Hochtemperatur-Wärmepumpen sein. Ein bestehendes Heizsystem wird mit einer modernen Wärmepumpe ergänzt. Eine Gasheizung kann mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe erweitert werden.

Es gibt vielfältige Kombinationsmöglichkeiten. Als Hybridheizung wird ein Heizsystem bezeichnet, das zwei Wärmeerzeuger mit verschiedenen Energieträgern kombiniert. Die beiden Erzeuger können entweder in einem einzigen Gerät integriert sein oder als separate Geräte über eine gemeinsame Steuerung zusammenarbeiten. Die Ausdrücke „bivalentes System“ und „Hybridheizung“ werden deshalb größtenteils synonym verwendet.