Wasser/Wasser Wärmepumpen mit Frequenzumformern mit ölfreien Turboverdichtern, Schrauben- und Hubkolbenverdichtern. Fertigung in Deutschland. Hochtemperatur Wärmepumpen und Kaskaden Wärmepumpen bis über 95°C. Sonderanwendungen bis +120°C
Erreichbare Heizwassertemperaturen mit Hochtemperatur Wärmepumpen
in Abhängigkeit von Verdichterart und Kältemittel (Stand: Februar 2023)
HT Turbo = Hochtemperatur bzw. Highlift Turboverdichter (Baureihe TTH / TGH) – Druck-Temperatur-Diagramm
Weitere Kältemittel sind in der Prüfung → Informationen
Zulässige Kältemittel gem. der neuen F-Gase Verordnung EU 2024/573 siehe: Kältemittel
Einführung Wasser / Wasser Wärmepumpen – stufenlos regelbar
Entgegen vielen anders lautenden Aussagen, besteht der Unterschied zwischen Kaltwassersatz und Wärmepumpe im Grunde nur in der Sichtweise des Betrachters.
Im Kaltwassersatzbetrieb erfolgt die Regelung und Steuerung der Einheit im Voll- und Teillastbetrieb über die Kaltwassertemperatur (“kältegeführt”) und die Verflüssigerwärme muß entsprechend abgeführt werden.
Im Wärmepumpenbetrieb erfolgt die Regelung und Steuerung über die Heizwasseraustrittstemperatur des Verflüssigers (“wärmegeführt”) und das Kaltwasser wird entsprechend der Lastanforderung abgekühlt.
In Verbindung mit der Bezeichnung Wärmepumpe wird die kalte Seite, der Wärme (=Energie) entzogen wird, auch als Wärmequelle, die warme Seite, an die Wärme (=Energie) abgegeben wird, als Wärmesenke bezeichnet. Wärmequellen sind z.B. Erdsondensysteme mit Frostschutzmittel/Wasser Gemischen im Erdreich, Abwässer oder sonstige Wasserkreisläufe mit geringen, nicht mehr nutzbarem Temperaturniveau; Wärmesenken in der Regel Heizwasserkreisläufe für Heizungssysteme oder Produktionskreisläufe.
Bei Kältemaschinen und Kaltwassersätzen mit Wärmerückgewinnung (WRG) steht die Erzeugung von Kaltwasser bzw.der Kälteleistung im Vordergrund (“kältegeführt”) und die Regelung erfolgt wie beim Kaltwassersatz über die Kaltwasseraustrittstemperatur. Bei Bedarf kann die Verflüssigerwärme zu Heizzwecken verwendet werden. Die erreichbare Heizleistung ist in diesem Fall abhängig von der zu erzeugenden Kälteleistung. Kältemaschinen und Kaltwassersätze mit Wärmerückgewinnung können mit Doppelkondensator bzw. Dual-Verflüssiger ausgerüstet werden, um Kühlwasserkreislauf und WRG-Kreislauf zu trennen, wie weiter unten dargestellt.
Nachfolgend finden Sie Details über FU-geregelte Wärmepumpen mit
| Turboverdichtern |  |
| Schraubenverdichtern |  |
| Kolbenverdichtern |  |
| sowie Informationen (Begriffe). |  |
Eine spezielle Art von Wärmepumpen, die das Erdreich als Wärmesenke (für den Wärmepumpenbetrieb) und im Sommer den kühlen Untergrund für die Bereitstellung von Kaltwasser für die Gebäudekühlung nutzen, sind [Geothermie Wärmepumpen]
Wasser / Wasser Wärmepumpen mit ölfreien Turboverdichtern bis + 50°C
Die max. mögliche Heizwassertemperatur ist bei ölfreien Wärmepumpen auf ca. 50°C (in Sonderfällen auch höher) begrenzt. Die erreichbaren Heizleistungen sind abhängig von der verwendeten Baugrößen. Für die Kältemittel R134a, R513A und R1234ze sowie R515B sind jeweils 2 Baugrößen verfügbar, die mit hohen Verflüssigungstemperaturen für hohe Heizwasser Austrittstemperaturen bis ca. 50°C betrieben werden können. Das sind TTS300 und TTS350 für R134a und R513A sowie TGS230 und TGS310 für HFO “low GWP” Kältemittel R1234ze und R515B. Beim Einsatz von HFO Kältemittelmittel R1234ze und R515B sind wegen der geringeren Drücke auch höhere Heizwassertemperaturen möglich, wenn das hydraulische System den Anforderungen fachgerecht und den Anforderungen entsprechend ausgelegt wird.
Mit den Hochtemperatur-Turboverdichtern (Highlift) TTH375 (R513A) und TGH285 (R1234ze und R515B) sind Groß-Wärmepumpen mit Heizwassertemperaturen bis über 60°C erreichbar.
Bei Austrittstemperaturen von Kaltwasser 6°C und Heizwasser 50°C sind folgenden Heizleistungen mit ölfreien Turboverdichter Groß-Wärmepumpen erreichbar:
⇒ R134a und R513A bis über 3.000 kW
⇒ R1234ze und R515B bis über 2.200 kW
Bei tieferen Heizwasser Austrittstemperaturen ist die erreichbare Heizleistung mit ölfreien Groß-Wärmepumpen höher.
Ölfreie Turboverdichter von Danfoss Turbocor sind “Strömungsmaschinen”, daher ist die stufenlose Leistungsregelung bei hohem Druckverhältnis (Verflüssigungsdruck / Verdampfungsdruck) teilweise stark eingeschränkt und pro Verdichter ist eine Leistungsreduzierung teilweise nur bis 50 oder 60% möglich. Bei drehzahlgeregelten ölfreien Wärmepumpen mit mehreren Verdichtern ist das unkritisch, weil einzelne Verdichter abgeschaltet werden können. Für die max. Heizwassertemperatur dürfen die max. zulässigen Druckverhältnisse der einzelnen Verdichterbaugrößen bei ölfreien Wärmepumpen nicht überschritten werden. Erfahrungsgemäß müssen, insbesondere bei ölfreien Wärmepumpen mit nur einem Turboverdichter, ausreichend große Heizwasserspeicher vorgesehen und das Lastprofil für die Heizleistung (Heizleistung, Austrittstemperatur, Teillaststufe) analysiert werden.
Dual-Verflüssiger bzw. Doppelkondensator
Für Anwendungen in Wärmerückgewinnungssystemen (WRG) stehen Rohrbündel-Verflüssiger zur Auswahl, die zwei Wasserkammern haben. Im Bild sind am Verflüssiger vier Wasseranschlüsse (2x Eintritt / 2x Austritt) zu erkennen.
Ein Anschluß ist für den Rückkühlkreislauf z.B. für den Anschluß an Glykol-Rückkühler, der andere Anschluß ist für den Wärmerückgewinnungskreislauf. Die Verflüssiger werden so dimensioniert, daß eine 100%ige Wärmerückgewinnung möglich ist. Über Regelventile im Heiz- und Kühlwasserkreislauf kann die Verflüssigerwärme entsprechend Bedarf an die beiden Wasserkreisläufe abgegeben werden, sodaß ein Dual-Betrieb (Rückkühlung und WRG Betrieb) möglich ist. Beide Hydraulik-Kreisläufe sind damit voneinander unabhängig und zusätzliche Wärmetauscher zur Trennung von Kühl- und Heizwasserkreislauf sind nicht erforderlich. Der Einsatz von Dual-Verflüssigern bzw. Doppelkondensatoren ist nicht auf ölfreie Groß-Wärmepumpen beschränkt.
Wasser / Wasser Hochtemperatur Wärmepumpen mit Turboverdichtern für Temperaturen bis über 60°C
Für diesen Einsatzbereich stehen die sog. “Highlift” Turboverdichter zur Verfügung. Kältemittel R134a, R513A, R1234ze und R515B. Beim “Highlift”-Turboverdichter sind die beiden Laufräder gegenüberliegend angeordnet und durch ein Verbindungsrohr (siehe Abbildung) miteinander verbunden.
Für Angebote, Auslegungen und technische Informationen über ölfreie Wärmepumpen wenden Sie sich an unseren Vertrieb oder senden Sie eine E-Mail an: vertrieb(at)smardt.de
Wasser / Wasser Wärmepumpen mit Schraubenverdichtern – bis über 95°C Hochtemperatur Wärmepumpen
Die max. möglichen Heizwassertemperaturen für Wärmepumpen und Hochtemperatur – Wärmepumpen mit Kompakt Schraubenverdichtern (mit und ohne FU) sind wie beim Turboverdichter abhängig vom Kältemittel. Max. Heizwasser Austritt R134a, R513A und R450A ca. 70°C bis 75°C bei HFO “low GWP” Kältemittel R1234ze und R515B ca. 90°C – in Sonderfällen mit R245fa (GWP=1.030) bis > 95°C (max. tc = 100°C)
Die höhere Heizwassertemperatur bei R1234ze und R515B hängt mit dem geringen Verflüssigungsdruck im Vergleich zu beispielsweise R134a zusammen. Eine Verflüssigungstemperatur von 80°C entspricht bei R134a einem Druck von 25,3 bar, bei R1234ze dagegen beträgt der Druck nur 19,1 bar. Die zulässigen Drücke von Verflüssigern liegen – je nach Hersteller und Baugröße – im Bereich von 25…30 bar. Für Schraubenverdichter (Verdrängungsverdichter) sind höhere Druckverhältnisse zulässig, daher sind die max. erreichbaren Heizwassertemperaturen größer als beim Turboverdichter. Bei hohen Druckgastemperaturen (Heißgastemperatur am Verdichteraustritt) ist auf eine ausreichende Ölkühlung zu achten.
Hochtemperatur Wärmepumpen mit Schraubenverdichtern
Für Heizwassertemperaturen bis über 95°C kann das Kältemittel R245fa verwendet werden. Die Kaltwasseraustrittstemperatur darf hierbei 25°C nicht unterschreiten. Wenn die Kaltwassertemperatur der Wärmequelle geringer ist, ist eine Ausführung als 2-stufige Kaskaden Wärmepumpe möglich. Im unteren Kältemittelkreislauf wird in diesem Fall ein anderes Kältemittel, wie z.B. R515B verwendet. Für Sonderanwendungen sind Heizwassertemperaturen bis +120°C möglich.
Kaskaden Wärmepumpe als Hochtemperatur Wärmepumpe mit FU-geregelten Schraubenverdichtern in 2-stufiger Ausführung (Kaskaden – Wärmepumpe) für Heizwassertemperatur Austritt von 90°C. Kältemittel: untere Stufe R515B; obere Stufe R245fa.
Das Gehäuse ist mit einer Belüftung ausgerüstet, die bei hohen Innentemperaturen aktiviert wird. Um dabei den erforderlichen Schallschutz zu gewährleisten sind saug- und druckseitig Schalldämpfer montiert.
Heizleistungen für stufenlos regelbare Wärmepumpen mit Schraubenverdichtern liegen im Bereich zwischen 200 und 2.000 kW (6°/65°C). Bei anderen Temperaturen ergeben sich abweichende Heizleistungen.
Geothermie Wärmepumpen siehe [hier]
Für Angebote, Auslegungen und technische Informationen zu Hochtemperatur Wärmepumpen wenden Sie sich bitte an unseren Vertrieb oder senden Sie eine E-Mail an: vertrieb(at)smardt.de
Wasser / Wasser Wärmepumpen mit Kolbenverdichtern – bis über 95°C Hochtemperatur Wärmepumpen
Die maximalen Heizwassertemperaturen für Wärmepumpen mit halbhermetischen Hubkolbenverdichtern (FU-geregelt) liegen bei Verwendung der Kältemittel R134a, R513A und R450A bei ca. 75°C bis 80°C – in Sonderfällen bis zu 85°C. Mit dem von vielen Herstellern verwendete Kältemittel R410A mit hohem GWP ist das nur schwer möglich, der Druck bei tc = 70°C beträgt bereits 47,6 bar,a (Nur mit Sonder-Verflüssigern möglich)
Hubkolbenverdichter sind auch mit HFO Kältemittel R1234ze und R515B verfügbar. Max. Heizwassertemperatur bis ca. 90°C. Bei Füllmengen bis zu 59 kg (R1234ze) bzw 56 kg (R1234yf) ist die Aufstellung in Maschinenräumen in “belüftetem Gehäuse” (Aufstellungsort Klasse IV EN378) zulässig.
Hochtemperatur Wärmepumpen mit Kolbenverdichtern
Für Wärmepumpen mit hoher Kaltwassertemperatur (Austritt > 25°C) können mit dem Kältemittel R245fa Heizwassertemperaturen bis über 95°C erreicht werden. Wenn die Kaltwassertemperatur der Wärmequelle geringer ist, ist eine Ausführung als 2-stufige Kaskaden Wärmepumpe möglich. Im unteren Kältemittelkreislauf wird in diesem Fall ein anderes Kältemittel, wie z.B. R515B verwendet.
Heizleistungen für Wärmepumpen mit FU-geregelten Hubkolbenverdichtern liegen im Bereich zwischen 10 und 200 kW (bei 6°/65°C). Bei anderen Temperaturen ergeben sich abweichende Heizleistungen.
Die Regelung der Hubkolbenverdichter erfolgt in der Regel mit Frequenzumformern, die separat oder direkt am Verdichter montiert sind. Kolbenverdichter haben im Vergleich mit Scrollverdichtern einen deutlich größeren Leistungsregelbereich; dieser liegt zwischen 25 und 70Hz, entsprechend ca. 30…100% (bei den montierten FU‘s zwischen 25 und 87Hz, entsprechend ca. 25…100%)
Bei diesen Heizleistungen kommen fast ausschließlich Plattenwärmetauscher (Verdampfer und Verflüssiger) zur Ausführung und haben daher nur geringe Kältemittelfüllmengen. Die Verdichter können aus Schallschutzgründen – wie alle anderen Verdichter – mit einem Schallschutzgehäuse geliefert werden.
Für Angebote, Auslegungen und technische Informationen zu Hochtemperatur Wärmepumpen wenden Sie sich bitte an unseren Vertrieb oder senden Sie eine E-Mail an: vertrieb(at)smardt.de
Informationen und Begriffe Wärmepumpen
Heizleistung ⇔ Verflüssigungsleistung
QH = QO + PEL ? ⇒ QH ≠ QO + PEL !
Die nutzbare Heizleistung einer Wärmepumpe errechnet sich aus dem Kältemittelmassenstrom (m) des umlaufenden Kältemittels und der Differenz der Kältemittelenthalpie (∆h) zwischen Verflüssigerein- und austritt. (QH = m x ∆h).
Die oft angewendete Gleichung, dass die Heiz- oder Wärmeleistung (QH) einer Wärmpumpe die Summe aus Kälteleistung (QO) und Verdichterleistungsaufnahme (PEL) ⇒ QH = QO + PEL ist, ist nicht korrekt, insbesondere wenn die erforderliche Unterkühlung des Kältemittels nicht im Verflüssiger erfolgt. Der Wirkungsgrad und die inneren Verluste des Verdichters werden in dieser Gleichung nicht berücksichtigt.
Für die nutzbare Heizleistung einer Wärmepumpe oder Hochtemperatur Wärmepumpe ist entscheidend, ob im Verflüssiger die notwendige Unterkühlung des Kältemittels stattfindet oder ob diese in einem externen, nicht vom Heizwasser durchströmten Unterkühler erfolgt.
Definition COP
Der COP (Coefficient of Performance) ist eine dimensionslose Leistungskennzahl und ist der Quotient aus der nutzbaren Heizleistung in kW und der elektrischen Verdichterantriebsleistung in kW.
Heizleistung QH (kW)
COP = ────────────────────
el. Verdichterleistung PEL (kW)
Vielfach – leider auch in älteren Smardt OPK Unterlagen – wird der COP auch für Bewertungen von Kälteanlagen verwendet. Die Leistungskennzahl (Kälteleistungszahl, Kälteleistungsziffer) für Kälteanlagen ist jedoch richtigerweise der EER Wert (Energy Efficiency Ratio), wenn die englischen Ausdrücke und Abkürzungen verwendet werden sollen, also der Quotient aus Kälteleistung und Verdichterantriebsleistung.
Weitere Kältemittel für Wärmepumpenanwendungen für hohe Heizwassertemperaturen
(derzeit in Prüfung)
| Kältemittel | GWP (AR5) |
Sicherheitsklasse | Siedetemperatur |
ODP |
| R1336mzz(Z) | 2 | A1 | 33,4°C |
0,00000 |
| R1224zd(Z) | 1 | A1 | 15,0°C |
0,00023 |
| R1233zd(E) |
1 |
A1 |
18,3°C |
0,00034 |
Die beiden Kältemittel mit einem ODP > 0 sind fragwürdig, weil für Kältemittel mit einem ODP größer null seit dem 1.1.2015 ein Verwendungsverbot gilt.
Wasser / Wasser Wärmepumpen aus Deutschland ab ca. 200 kW für industrielle Anwendungen mit ölfreien Turboverdichtern-, Schrauben- und Kolbenverdichtern – Hochtemperatur Wärmepumpen je nach Verdichter und Kältemittel bis über 95°C (Sonderauslegungen bis +120°C) Heizwassertemperatur aus deutscher Fertigung – stufenlose Leistungsregelung mit FU. Ölfreie Wärmepumpen mit ölfreien Turboverdichtern mit hohem COP. WRG Flüssigkeitskühler und Kältemaschinen sowie ölfreie Wärmepumpen mit Dual Verflüssiger (Doppelkondensator) für Wärmerückgewinnung (WRG)