13.07.2020
Einsatz von Phasenwechselmaterialien zum Beheizen von Räumen
Den Gegenstand vorliegender Überlegungen bildet eine Erörterung der Möglichkeiten für den Einsatz einer nach dem Prinzip einer Kompressions-Wärmepumpe arbeitenden Luft-Wasser-Wärmepumpe (LWWP) mit einer unteren, ein erstarrendes Phasenwechselmaterial (PCM; phase change material) nutzenden Wärmequelle zum Beheizen von Räumen. Beispiele für derartige Lösungen wurden bereits in der Fachliteratur [1] beschrieben. Zur Veranschaulichung soll angenommen werden, dass der zum Beheizen des Raums erforderliche Wärmebedarf Q ̇ = 2kW beträgt. Abbildung 1 stellt den schematischen Aufbau des aus den folgenden Bestandteilen bestehenden Heizungssystems vor: Erdwärmetauscher, PCM-Speicher sowie Luft-Wasser-Wärmepumpe (LWWP), die dem direkten Beheizen des Raums dient. Um die Arbeit der Wärmepumpe zu stabilisieren, wurde ein Behälter mit dem PCM im Wärmedurchfluss vom Erdwärmetauscher hin zur Wärmepumpe vorgesehen; das PCM wiederum durchläuft die typischen Phasenwechselzustände, d.h. es schmilzt bei Wärmespeicherung und erstarrt bei Wärmefreisetzung.
Die Fachliteratur, sowohl der sich mit dem Gegenstand wissenschaftlich-theoretisch wie auch praktisch-technisch auseinandersetzend, gibt es zahlreiche Beiträge über unterschiedliche Typen von Wärmepumpen, die nach dem Prinzip von Kompressions-Wärmepumpen arbeiten, vgl. die Literaturangaben unter [2 und 3]. Wärmepumpen funktionieren in einem linksläufigen Kreisprozess, bei dem Wärme von einer Quelle niedriger Temperatur zu einer Quelle höherer Temperatur abgeführt wird. Ein sehr wichtiges Maß für die Energieeffizienz einer Wärmepumpe ist die Leistungszahl, auch Heizzahl oder COP-Wert (Coefficient Of Performance) genannt. Der COP-Wert gibt das Verhältnis der abgegebenen Heizleistung der Wärmepumpe zur aufgewendeten elektrischen Leistung des Verdichters an. Je geringer der Temperaturunterschied zwischen den beiden Wärmequellen im Kreisprozess (d.h. Luft, Wasser oder Erdwärme einerseits sowie Wärmeverbraucher andererseits) ist, desto höher fällt der COP-Wert aus. Daher gelten sog. Niedrigenergieverbraucher wie Fußbodenheizungen als wirtschaftlich günstigste Lösungen eines solchen Heizsystems.
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