Elektrische Begleitheizung für Wärmepumpen
Zuverlässige Wärmeerzeugung dank Frostschutz
Wärmepumpen werden eingesetzt, um frei verfügbare Energie aus der Umwelt zu gewinnen, um Räume oder Wasser zu heizen. Sie bieten damit eine effiziente und umweltfreundliche Heizmethode. Die natürlich verfügbare Energie stammt aus dem Erdreich, dem Grundwasser, der Luft oder der Sonne.
Eine Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt: Während der Kühlschrank die Wärme nach außen leitet, zieht die Wärmepumpe die Energie über das angeschlossene Heizsystem in den Wohnraum. Zu diesem Zweck wird ein Kältemittel mehrfach verdampft und verflüssigt, sodass es mit jedem Schritt mehr Wärme abgibt, als es aufgenommen hat. Das gesamte System benötigt sehr wenig Strom für Antrieb und Pumpe, und der Nutzer ist weniger abhängig von fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas. Die Wärmepumpe trägt daher auch zur Reduzierung von CO2-Emissionen bei. Es ist eine ökologisch freundliche Methode der Wärmeerzeugung!
Damit die Wärmepumpe jedoch eine effiziente Langzeitinvestition bleibt, müssen einzelne Komponenten beheizt werden, um unter allen Witterungsbedingungen funktionsfähig zu bleiben.
Schutz vor Frost und Kondensat
Um die optimale Funktionalität einer Wärmepumpe zu jeder Jahreszeit aufrechtzuerhalten, ist der Einsatz einer elektrischen Begleitheizung notwendig.
Einerseits wird die elektrische Begleitheizung am Verdampfer eingesetzt, um den Düsenring rund um den Axialventilator zu beheizen. Da die Strömung in dieser Düse Temperatur- und Druckpunktunterschiede verursacht, ist eine Beheizung notwendig, um die Komponenten vor Frost zu schützen. Wird kein Heizsystem eingesetzt, können sich Eiskristalle bilden und das System mittelfristig beschädigen. Um dies zu verhindern, wird ein Heizband um den Düsenring gelegt.
Warum tritt Vereisung auf?
Während des Wärmeentzugsprozesses sinkt die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer weit unter die Umgebungslufttemperatur – die Verdampferoberfläche kann Temperaturen von -5°C bis -15°C erreichen, selbst wenn die Außentemperatur nur knapp über dem Gefrierpunkt liegt. Wenn feuchte Luft vom Axialventilator über die kalten Verdampferrohre gesaugt wird, kondensiert die Luftfeuchtigkeit und gefriert sofort beim Kontakt. Zusätzlich bewirkt der Venturi-Effekt am Düsenring einen lokalen Druckabfall, der die Temperatur an diesem kritischen Punkt weiter absenkt und ihn besonders anfällig für Eiskristallbildung und Raureifablagerungen macht – daher die Notwendigkeit eines zuverlässigen Wärmepumpen-Vereisungsschutzes.
Die elektrische Begleitheizung am Düsenring wird typischerweise aktiviert, wenn die Umgebungstemperatur unter etwa +5°C fällt und gleichzeitig die relative Luftfeuchtigkeit über 70 % liegt – Bedingungen, unter denen spontane Vereisung innerhalb von Minuten eintreten kann. Wird kein Vereisungsschutz eingesetzt, können die Folgen schwerwiegend sein: Die wachsende Eisschicht behindert den Luftstrom durch den Verdampfer, reduziert die Wärmeentzugseffizienz und überlastet den Kompressor. In fortgeschrittenen Stadien kann Eisansatz den Axialventilator blockieren, Lagerschaden am Rotor verursachen oder den Düsenring vollständig verstopfen – mit der Folge von Schutzabschaltung und im schlimmsten Fall irreparablem Geräteausfall.
Zum anderen wird die Kondensatsammelwanne der Außeneinheit der Wärmepumpe beheizt. Das Kondensatwasser wird in dieser Wanne gesammelt. Bei kaltem Wetter würde das Kondensat jedoch direkt in der Sammelwanne einfrieren und sich nach oben ausbreiten, wo es den Verdampfer beeinträchtigen könnte. Um dies zu vermeiden, werden die Abtropfwanne und der nachfolgende Abfluss beheizt. Die Kondensatsammelwanne ist besonders während und nach den aktiven Abtauzyklen gefährdet. Moderne Wärmepumpen kehren den Kältemittelkreislauf regelmäßig um, um den Verdampfer abzutauen, und erzeugen dabei Abtauwasser, das in die Abtropfwanne abläuft. Fehlt der Abtropfwannenheizer, gefriert dieses Abtauwasser bei Minustemperaturen sofort. Ebenso ist die Kondensatablaufleitung – geschützt durch einen Kondensatablaufheizer – anfällig für das Einfrieren des Kondensatablaufs. Daher werden Abtropfwanne und Ablauf kontinuierlich oder thermostatgesteuert beheizt, sobald die Umgebungstemperatur 0°C unterschreitet. Fällt die Heizung aus und bleibt die Vereisung unbemerkt, kann die daraus resultierende Eisbildung die Grundstruktur der Außeneinheit beschädigen, Ablaufleitungen zum Bersten bringen und bei Kontakt mit den Ventilatorflügeln zum vollständigen Geräteausfall führen.
Keyfacts
- Ausgleich der Auswirkungen von Temperatur- und Druckpunktunterschieden
- Schutz vor Frost und Eiskristallbildung
- Aufrechterhaltung der Funktion der Wärmepumpe
Für die elektrische Begleitheizung an Wärmepumpen werden Festwiderstandsheizkabel oder selbstregulierende Heizbänder eingesetzt. Die Heizkabel werden durch eine auf das Gesamtsystem abgestimmte Mess- und Regeltechnik gesteuert. Die Wahl zwischen den Kabeltypen hängt von der spezifischen Anwendung ab. Selbstregulierende Heizkabel sind die bevorzugte Lösung für Kondensatablaufleitung und Abtropfwanne: Sie reduzieren ihre Wärmeabgabe automatisch, wenn die Oberflächentemperatur steigt, vermeiden so Überhitzung und sparen Energie. Ihre freie Längenanpassung macht sie auch ideal für die Nachrüstung. Festwiderstandsheizkabel liefern eine konstante, definierte Wärmeabgabe pro Meter – was sie zur richtigen Wahl für den Düsenring macht, wo eine präzise, gleichmäßige Wärmeabgabe erforderlich ist.
FAQ
Die Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, aber in umgekehrter Weise. Sie nutzt frei verfügbare Energie aus der Umwelt, um Wärme über das angeschlossene Heizsystem in den Wohnraum zu bringen. Die Energie kann hier zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Die frei verfügbare Energie stammt z. B. aus dem Erdreich, dem Grundwasser, der Luft oder der Sonne. Auf diese Weise dient die Wärmepumpe einer nachhaltigen Wärmeerzeugung, die auch CO2-Emissionen reduziert.
Da an der Außeneinheit im Betrieb Temperatur- und Druckpunktunterschiede auftreten, können sich bei kühlen Temperaturen Eiskristalle bilden und sich am Rotor oder am Düsenring ablagern. Dies beeinträchtigt deren Funktion und beschädigt die Wärmepumpe langfristig.
Jegliches Kondensat wird in einer Abtropfwanne gesammelt. Da es bei kaltem Wetter sofort einfrieren und sich nach oben ausbreiten würde, werden die Sammelwanne und der Ablauf beheizt.
Nicht jede Wärmepumpe benötigt elektrische Begleitheizung als Standard – in der Praxis profitieren jedoch alle Luft-Wärmepumpen in Klimazonen mit Wintertemperaturen unter +5°C erheblich von einem Vereisungsschutz. Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen sind von der Vereisung außenliegender Komponenten weitgehend nicht betroffen. Ihre Kondensatablaufleitungen können jedoch einen Kondensatablaufheizer benötigen, wenn sie durch unbeheizte Räume geführt werden. Der Bedarf an Vereisungsschutz ist am größten bei Luft-Wasser- und Luft-Luft-Wärmepumpen, insbesondere in Lagen mit hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt.
Ja, Frostschutzheizungen können in der Regel an bestehenden Wärmepumpen-Außeneinheiten nachgerüstet werden; eltherm bietet nachrüstkompatible selbstregulierende Heizkabellösungen an, die an die meisten Fabrikate und Modelle angepasst werden können.