Gaswärmepumpe

Die Gaswärmepumpe - Varianten und Arbeitsweise

Mittels einer Gaswärmepumpe lässt sich kostenfreie Wärme aus der Umwelt zum Zwecke der Gebäudeheizung nutzen. Durch spezielle technische Prozesse ist sie deutlich wartungsärmer als herkömmliche Wärmepumpen. Welche Arten sich voneinander unterscheiden lassen, wie sie im Einzelnen funktionieren und welche Potenziale sich damit realisieren lassen, soll im folgenden genauer beschrieben werden.

Wirkungsprinzip einer Gaswärmepumpe

Grundsätzlich ist das Prinzip der Gaswärmepumpe mit dem anderer Wärmepumpen identisch: Kostenfreie Energie wird der Umwelt entzogen und dann über die Wärmepumpe dem Heizsystem zugeführt. Die Energie kann in der Luft, im Wasser oder auch in der Erde gespeichert sein. Aufgabe der Wärmepumpe dabei ist es, durch einen technischen Prozess das Temperaturniveau der thermischen Energie aus der Umwelt auf das Niveau der Heizanlage zu heben, was als Temperaturhub bezeichnet wird. Kommen Wärmepumpen in modernen, gut gedämmten und damit auch effizienten Gebäuden zum Einsatz, lässt sich deren Verbrauch an Gas um etwa 25 Prozent senken.

Arten von Gaswärmepumpen

Grundsätzlich lassen sich drei Arten an Gaswärmepumpen voneinander unterscheiden:

- Motorische Gaswärmepumpe
- Absorptions-Gaswärmepumpe
- Adsorptions-Gaswärmepumpe

Die motorische Gaswärmepumpe

Der Motor einer solchen Gaswärmepumpe funktioniert ähnlich wie bei einer konventionellen Wärmepumpe: Ein Trägermedium wird in einem Kreislauf zuerst verdampft, dann verdichtet, verflüssigt und schließlich wieder entspannt. Während des ersten Schrittes wird dem Trägermedium (auch als Kältemittel bezeichnet) die thermische Energie aus der Umwelt zugeführt. Bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verändert es seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig. Anschließend wird der Druck durch durch den Motor noch erhöht, wodurch die Temperatur des Mediums steigt. Im nächsten Schritt dient ein zweiter Wärmetauscher als Verflüssiger. 

Hier wird die thermische Energie auf das Heizsystem übertragen und steht dann für Warmwasserbereitung und/oder Raumwärme zur Verfügung. Das Kältemittel kühlt während dieses Schrittes wieder ab und verflüssigt sich. Danach erfolgt die vollständige Regeneration über ein Entspannungsventil. Das Kältemittel wird in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt und der Kreislauf beginnt erneut. Die motorische Gaswärmepumpe ist im Vergleich mit herkömmlichen Wärmepumpen besonders effizient und zuverlässig. So lässt sich auch die Abwärme des Motors zur Unterstützung des Heizsystems nutzen.

Die Absorptions-Gaswärmepumpe

Bei der Absorptions-Gaswärmepumpe kommt ein sog. thermischer Verdichter zum Einsatz, mit dessen Hilfe die Wärme verschiedenster Umweltquellen für das Heizsystem nutzbar gemacht werden kann. Im Vergleich zu anderen Wärmepumpen ist der Prozess bei dieser Gaswärmepumpe deutlich komplexer gestaltet.

Der erste Schritt besteht darin, dass ein Kältemittel die gelieferte Wärme aufnimmt und anschließend verdampft. Dieser Dampf wird von einem Lösungsmittel aufgenommen bzw. absorbiert, wobei Druck und Temperatur ansteigen. Danach wird dieses Gemisch aus Kälte- und Lösungsmittel von einer Pumpe in den sog. Austreiber gespült, wo die Stoffe unter Einwirkung des Gasbrenners wieder voneinander getrennt werden. Der dampfförmige Wärmeträger wird dann zum Verflüssiger bzw. Wärmetauscher weitergeleitet, wo die Wärme an das Heizsystem abgegeben wird. Dabei kühlt das Trägermedium wieder ab und verflüssigt sich. Anschließend beginnt der Kreislauf von vorne.

Die Besonderheit der Absorptions-Wärmepumpe liegt darin, dass das Gerät trotz seines komplizierten Aufbaus fast gänzlich ohne bewegliche Teile auskommt. Das macht Absorptions-Wärmepumpen deutlich wartungsärmer als andere Modelle.

Die Adsorptions-Gaswärmepumpe

Bei der Adsorptions-Gaswärmepumpe wird im ersten Schritt ein bereits gasförmiges Kältemittel an ein festes Material gebunden. Dabei handelt es sich um Zeolith, einen besonders porösen Stoff, der bereits bei der Aufnahme von Wasserdampf Wärme freisetzt, die anschließend für das Heizsystem genutzt werden kann. Auch bei dieser Wärmepumpe ist der Prozess komplizierter als bei einer elektrischen Wärmepumpe.

Im ersten Schritt wird das Wasser zu einem Verdampfer geführt, an dem die thermische Energie aufgenommen wird. Durch den niedrigen Druck im System ändert das Trägermedium bereits hier seinen Aggregatzustand und wird gasförmig. Der so entstandene Wasserdampf wird nun vom Zeolith aufgenommen, wodurch bereits ein Teil der Heizwärme erzeugt wird.

In der zweiten Phase des Prozesses geht es nun darum, das poröse Material wieder zu regenerieren. Dies wird durch die vom Gasbrenner erzeugte Wärme möglich. Der erhitzte Dampf strömt zum Wärmetauscher, wo die thermische Energie an das Heizsystem abgegeben wird. Hier kühlt sich das Wasser wieder ab und verflüssigt sich. Der Prozess beginnt dann von vorne.

Die Besonderheit solcher Systeme liegt im vergleichsweise einfachen Aufbau. Die Geräte kommen komplett ohne bewegliche Teile aus, was sie besonders wartungsarm und langlebig werden lässt. 

Einsatzgebiete der Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpen arbeiten immer dort besonders effizient, wo die Differenz zwischen Heizmittel und Energiequelle besonders niedrig und daher nur ein vergleichsweise geringer Temperaturhub nötig ist, was wiederum den Verbrauch an Brennstoff sinken lässt. Der Einsatz solcher Technik eignet sich daher vor allem in modernen, energetisch sanierten Häusern, die mit einer Flächenheizung oder zumindest groß dimensionierten Heizungen ausgestattet sind. Wird eine Wärmepumpe jedoch in einem unsanierten Altbau installiert, können die Heizkosten stark ansteigen. Bleibt die Temperatur der Umweltenergiequelle auf einem niedrigen Niveau, muss der Gasbrenner entsprechend mehr leisten, um die angeforderten Vorlauftemperaturen erreichen zu können.

Fazit Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpen stellen eine interessante Alternative zu konventionellen Wärmepumpen dar, wenn die entsprechenden Voraussetzungen gegeben sind, wie beispielsweise in neuen, energetisch sanierten Gebäuden. Durch die komplexen technischen Prozesse arbeiten solche Geräte wartungsärmer und benötigen weniger Strom.