Heizung/Energie | Solar/Wärmepumpen/Festbrennstoffe | 27.09.2017

Einsatz von Gasabsorptionswärmepumpen

Ökologisch heizen mit Gas und Umweltwärme

Wohn- und Industriegebäude unterliegen den gesetzlichen Anforderungen der Energieeinsparverordnung. Die Senkung des Primärenergiebedarfs soll mit dem Einsatz umweltschonender Energieressourcen und effizienter Heiztechnik erreicht werden. Eine Maßnahme zur Senkung des Strom- und Primärenergiebedarfs ist der Einsatz einer Gasabsorp­tionswärmepumpe.

  • Quelle: Kathrin Kuska, Kesselheld GmbH 2017

Ein Informationsblatt (Infoblatt Nr. 59) des Bundesverbandes der deutschen Heizungsindustrie (www.bdh-koeln.de) bestätigt: Unter den Heiztechniken mit fossilen Brennstoffen weisen Gaswärmepumpen den niedrigsten Primärenergiebedarf auf.

Da die Einsatzmöglichkeiten und die Funktionsweise einer Gasabsorptionswärmepumpe allerdings vielen Anlagenbauern nicht vertraut sind, sollen die Grundlagen im Folgenden erläutert werden.

Wie funktioniert der Kreislauf einer Gasabsorptionswärmepumpe?

Schritt 1: Im Austreiber wird Ammoniak von Wasser gelöst

Ein zentraler Bestandteil der Gasabsorptionswärmepumpe ist der Austreiber oder auch Kocher, der von einem Gasbrenner befeuert wird. Innerhalb des Austreibers befindet sich ein Kältemittel und die Absorptionsflüssigkeit. Anders als bei anderen Wärmepumpenarten handelt es sich beim Kältemittel in der Regel um Ammoniak. Als Löse- bzw. Absorptionsmittel dient meist Wasser. Über die Zufuhr von hohen Temperaturen, die bei der Verbrennung von Erdgas entstehen, verdampft Ammoniak und löst sich über diesen Verdampfungsprozess vom Wasser. Der Trennungsprozess erfolgt unter Druckverhältnissen von etwa 15 bar. Diese Komprimierung stellt sicher, dass sich das Temperaturniveau des Ammoniaks erhöht. Im Anschluss gelangt der Ammoniakdampf in den Wasserabscheider. Hier wird verbleibendes Wasser in der Ammoniaklösung auskondensiert. Während ein Absorber das abgetrennte Wasser aufnimmt und bevorratet, strömt das reine gasförmige Kältemittel (Ammoniak) zu einem nachgeschalteten Kondensator.

Schritt 2: Kondensator sorgt für die Wärmeübertragung an den Heizkreis

Im Kondensator (Wärmetauscher) gibt das unter hohen Temperaturen stehende gasförmige Ammoniak seine Wärmeenergie an das Wasser im Heizkreislauf ab. Es kühlt dabei ab, kondensiert und wird flüssig. Da das Kältemittel (die reine Ammoniaklösung) dabei immer noch unter hohem Druck steht, sorgt ein Expansionsventil für dessen Entspannung. Dieser Vorgang stellt den notwendigen Druckabfall sicher, damit das Kältemittel später in der Lage ist erneut zu verdampfen.

Schritt 3: Die Aufnahme von Umweltenergie

Vom Kondensator aus gelangt das nun wieder flüssig gewordene und unter geringem Druck stehende Ammoniak in den Verdampfer. Hier ist der Vorgang gleich wie bei allen anderen Wärmepumpentypen. Denn an dieser Stelle nimmt Ammoniak Umweltwärme aus dem Kreislauf der Wärmequellanlage auf. Dabei liefern Luftabsorber, Erdkollektoren oder -sonden die Energie aus der Umwelt. Da Ammoniak die chemische Eigenschaft besitzt, bereits bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen, wird es erneut gasförmig.

Schritt 4: Erneute Abgabe von Wärme an das Heizwasser

Im Verflüssiger oder auch Absorber verbindet sich das verdampfte Ammoniak wieder mit dem bevorrateten Wasser aus dem Austreiber (Absorption). Dabei entsteht eine chemische Reaktion, die Absorptionswärme freisetzt. Diese Energie überträgt der Verflüssiger in seiner Funktion als Wärmetauscher an das Wasser im Heizkreis. Ein Druckreduzierventil senkt den Druck des Ammoniak-Wasser-Gemischs. Elektrisch betriebene Lösungspumpen transportieren die Lösung aus dem Absorber zum Gasheizkessel bzw. Austreiber der Anlage zurück. Hier werden Wasser und Ammoniak durch die Zuführung von Wärme über den Erdgasbrenner wieder getrennt. Der Wärmepumpenkreislauf schließt sich und beginnt von vorn. 

Welche Vorteile hat der Einsatz einer Gasabsorptionswärmepumpe?

Sinkender Stromverbrauch

Im Vergleich zu elektrisch betriebenen Wärmepumpen benötigt eine Absorptionswärmepumpe deutlich weniger Strom, da kein strombetriebener Kompressor zur Temperaturanhebung des Kältemittels benötigt wird. Zum Einsatz kommt ein thermischer Verdichter, der aus dem Austreiber, dem Absorber, der Lösungsmittelpumpe und einem Expansionsventil besteht. Damit erfolgt die Verdichtung bei der Gasabsorptionswärmepumpe nicht wie bei anderen Wärmepumpen mit einem elektrischen Motor, sondern mithilfe von thermischer Wärmeenergie. Ganz ohne Strom kommt jedoch auch die Gaswärmepumpe nicht aus: So benötigt der Betrieb des Gasbrenners und der Lösungspumpen geringe Mengen elektrische Energie.

Hoher Wirkungsgrad und Umweltschutz

Laut Bundesverband der deutschen Heizungsindustrie belegen Gaswärmepumpen unter allen Heizungsarten, die fossile Brennstoffe nutzen, den vordersten Platz beim Thema Effizienz und niedrigen Primärenergiebedarfswerten. Denn neben Gas dient Umweltwärme als zusätzliche Wärmequelle. Gaswärmepumpen erreichen in mittleren Leistungsklassen (20 bis 40 kW) Wirkungsgrade von bis zu 165 %. Zum Vergleich: Ein Gasbrennwertkessel kommt auf Wirkungsgrade von bis zu 111 %.

Hinzu kommt eine Reduzierung schädlicher Klimagase von bis zu 30 % gegenüber anderen Heizungen, die mit fossilen Energieträgern betrieben werden. Dies leistet einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Gaswärmepumpen erfüllen zudem die gesetzlichen Anforderungen des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG), sofern 50 % des Wärmeenergiebedarfs durch Umweltwärme wie Solar, Wasser und Erdwärme gedeckt werden.

Heizen und Kühlen mit einer Anlage möglich

Durch Umkehrung der Wärmepumpenfunktion lassen sich Gasabsorptionswämepumpen neben der Beheizung zusätzlich zur Gebäudekühlung einsetzen. Daher ist diese moderne Art der Beheizung insbesondere bei anstehendem Wärme- und Kühlbedarf sinnvoll einsetzbar. Typische Anwendungsgebiete stellen Hotels, Restaurants, Lebensmittelproduzenten sowie Krankenhäuser dar.

Viele weitere Informationen zum Thema Absorptions-, Wasser- oder Erdwärmepumpen sind auf der Internetseite von Kesselheld zu finden: www.kesselheld.de.

Autor: Kerstin Bruns
Kesselheld GmbH
Düsseldorf

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