Um die weltweit vereinbarten Klimaziele zu erreichen, kann die Wärmeerzeugung durch Sole/Wasser-Wärmepumpen unter Nutzung von Strom aus Windkraft- und Solaranlagen einen wertvollen Beitrag leisten.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann die Effizienz von Wärmepumpenanlagen auch ohne Zuführung von Wärme aus anderen Quellen deutlich gesteigert und gleichzeitig auch eine Regeneration der Wärmequellen erreicht werden. Der jährliche Stromverbrauch lässt sich dadurch um 10% und mehr verringern. Bei der Nutzung von Strom aus Windkraft- und Solaranlagen entstehen weder klimaschädliche Gase noch gesundheitsgefährdender Feinstaub.
An der Wärmepumpe muss nichts verändert werden, die zugehörige Anlagentechnik wird lediglich um eine multifunktionale Baugruppe erweitert, mit der auch bestehende Wärmepumpenanlagen nachgerüstet werden können.
Das Prinzip dieses patentierten Verfahrens
Dem Heizkreis der Wärmepumpe wird über ein Wärmetauschersystem eine nur geringe, exakt begrenzbare Wärmemenge entnommen und in den Quellenkreis übertragen. Dadurch geht der im Laufe des Jahres entstehende betriebsbedingte Rückgang der Temperatur im Quellenkreis nicht mehr so stark zurück wie bei herkömmlichen Wärmepumpenanlagen, die Wärmepumpe arbeitet daher mit einer deutlich höheren Leistungszahl. Abgesehen von den relativ geringen Verlusten im Wärmetauschersystem geht die übertragene Wärme aber nicht verloren. Ein Teil wird sofort in der Wärmepumpe verwertet, ein anderer Teil geht mit dem Solerücklauf in die Erdsondenanlage und wird dort verlustlos gespeichert, da das umgebende wärmere Erdreich als Wärmehülle wirkt.
Die Entnahme von Wärme aus dem Heizkreis der Wärmepumpe hat allerdings nicht vorrangig zum Ziel, das Energiereservoir der Wärmequelle zu vergrößern. Es soll damit vor allem auf diese Weise die Quellentemperatur stabilisiert werden. Dafür genügen schon kurzzeitig maximal 5% der thermischen Leistung der Wärmepumpe.
Die schematische Darstellung veranschaulicht das Prinzip der Wärmeübertragung aus dem Heizkreis der Wärmepumpe auf deren Solekreis. Links ist eine herkömmliche Anlage gemäß dem Stand der Technik dargestellt, die Solevorlauftemperatur ist im Verlauf der Heizperiode bis auf -2°C gefallen.
Die Abbildungen in der Mitte bzw. rechts zeigen die Anordnung nach Einfügung eines Wärmetauschers und die möglichen Betriebstemperaturen unter der Annahme, dass sich die Solevorlauftemperatur durch die Wärmeübertragung (mit einer um 0,4°C erhöhten Vorlauftemperatur) nur auf etwa +2°C verringert hat.
Die Energiefluss-Diagramme geben die Ergebnisse der Berechnungen wieder.
Die Diagramme zeigen, dass schon eine für kurze Zeit zugeführte geringe Wärmemenge ausreicht, die Quellentemperatur für einen dann längeren Zeitraum zu erhöhen und so eine deutliche Einsparung von Strom zu bewirken.
Für die Effizienzsteigerung ist entscheidend, dass durch ein komplexes Regelsystem mit Optimierungsprogramm sichergestellt werden kann, dass einerseits während des Ladevorgangs der Wärmepumpe nur eine sehr geringe Wärmemenge zur Erhöhung der Quellentemperatur übertragen wird, andererseits aber zugleich auch eine ausreichend hohe Temperaturdifferenz für den Wärmefluss vom Erdreich zur Erdsonde erhalten bleibt.
Durch die für die Umsetzung des Verfahrens erforderliche Baugruppe kann ohne größeren technischen Aufwand zusätzlich durch eine Umwandlung von Strom in Wärme und deren Speicherung auch eine nachhaltige Regeneration der Wärmequelle (beispielsweise Erdreich mit Erdsondenanlage oder gesonderter Speicher bei Luft/Wasser-Wärmepumpen) selbst bei winterlichen Betriebsbedingungen erreicht werden (power-to-heat). Besonders wirtschaftlich ist dies, wenn dafür zeitweilig überschüssiger EE-Strom preisgünstig zur Verfügung steht.