Unter dem Begriff Hochtemperatur-Wärmepumpe versteht man zwei unterschiedliche Dinge. Zum einen eine Wärmepumpe, die hohe Temperaturen erzeugen kann, zum anderen eine, die hohe Quellentemperaturen nutzen kann.
Zur Erzeugung hoher Temperaturen für Raumheizung oder Trinkwassererwärmung oder für die industrielle Nutzung kommen verschiedene Technologien zum Einsatz:
Hochtemperatur-Wärmepumpen …
- mit Heißgasladetechnik,
- mit zweistufigem Kreisprozess oder
- mit CO2 als Kältemittel.
Können herkömmliche Wärmepumpen lediglich Temperaturen von 62 bis 75°C erzeugen, sind mit diesen Technologien auch Temperaturen oberhalb von 80 °C möglich.
Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Heißgas
Wärmepumpen mit Heißgasladetechnik werden überwiegend zur Erzeugung hoher Temperaturen für die Trinkwassererwärmung genutzt. Mit der Heißgasladetechnik kann die Wärmepumpe für die Raumheizung niedrige Temperaturen von beispielsweise 35 °C bereitstellen. Gleichzeitig wird der obere Speicherbereich des Warmwasserspeichers auf 60°C erwärmt, ohne dass die Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe beeinträchtigt wird. Hierzu erfolgt eine gesonderte Nutzung des Heißgases. Darunter versteht man dampfförmiges, bereits verdichtetes Kältemittel, das bereits in Nähe des Verdichters abgeschieden und durch einen zusätzlichen Wärmeübertrager geleitet wird. Das Heißgas ist etwa 20 K wärmer als der Kältemitteldampf, der normalerweise in den Verflüssiger gelangt. Über den zusätzlichen Wärmeübertrager wird üblicherweise der obere Speicherbereich eines Warmwasserspeichers erhitzt. Man spricht hier von der sogenannten Topladung.
Ochsner
Hochtemperatur-Wärmepumpe mit zweistufigem Kreisprozess
Eine weitere Technik zur Erzeugung hoher Temperaturen mit Wärmepumpen ist der Einsatz eines zweistufigen Kreisprozesses. Zwei hintereinandergeschaltete Kreisprozesse werden meist mit unterschiedlichen Kältemitteln betrieben, die für die jeweilige Temperatur besonders geeignete Eigenschaften aufweisen. Einen zweistufigen Kreisprozess kann man sich auch als zwei hintereinandergeschaltete Wärmepumpen vorstellen. Der Kondensator der ersten Stufe entspricht dabei dem Verdampfer der zweiten Stufe. Die von der ersten Stufe erzeugte Temperatur von z. B. 45°C ist also die Eingangstemperatur des nachgeschalteten Wärmepumpenmoduls. Die zweite Stufe hebt dann über einen weiteren Kreisprozess das Temperaturniveau weiter an. Eine derartige Hochtemperatur-Wärmepumpe kann Heizwassertemperaturen von 80 bis 90 °C erzeugen und wird teilweise auch in Fernwärmenetzen eingesetzt.
Hochtemperatur-Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel
Wärmepumpen mit CO2 (R744) als Kältemittel arbeiten nach einem Kälteprozess im transkritischen Bereich. Dadurch sind Vorlauftemperaturen bis 90°C bei relativ hohen Leistungs- und Arbeitszahlen möglich. Es können bei einer Vorlauftemperatur von 80°C noch Leistungszahlen über 3,5 erreicht werden. Dies stellt einen Sprung für die Anwendung im gewerblichen Bereich, aber auch im Bereich der Heizungstechnik dar, z. B. bei Heizungssystemen, die höhere Vorlauftemperaturen benötigen. Da bei dieser Technologie für eine hohe Effizienz auch hohe Temperaturhübe notwendig sind, ist der Einsatz etwas eingeschränkt. Bei Heizungswärmepumpen ist die Marktrelevanz von Geräten mit CO2 als Kältemittel in Deutschland derzeit äußerst gering. Auf dem japanischen Markt sind Geräte zur Trinkwassererwärmung gebräuchlich.
