Merkmale der Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärme von einem Ort zu einem anderen überträgt, von einem kühleren in einen wärmeren Bereich, sodass sie je nach saisonalem Bedarf Innenräume sowohl heizen als auch kühlen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen, die Wärme durch die Verbrennung von Brennstoff erzeugen, übertragen Wärmepumpen die vorhandene Wärme und benötigen dabei deutlich weniger Energie. Dies macht sie zu einer Schlüsseltechnologie für den Übergang zu nachhaltigen und kohlenstoffarmen Heiz- und Kühllösungen.

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Wärmepumpen sind wichtige Geräte zum Heizen und Kühlen von Gebäuden durch Nutzung der in der Umgebung vorhandenen Wärmeenergie. Eine Schlüsselkomponente von Wärmepumpen ist der Kompressor, der eine entscheidende Rolle im Wärmeübertragungsprozess spielt. Es gibt drei Haupttypen von Verdichtern, die in Wärmepumpen eingesetzt werden:

• Scroll-Verdichter
• Schraubenkompressoren
• Zentrifugalkompressoren

Scroll- und Schraubenkompressoren sind Verdrängerkompressoren (volumetrische Kompressoren), die das Volumen einer bestimmten Gasmenge mechanisch reduzieren, um den Druck zu erhöhen. Zentrifugalkompressoren hingegen sind dynamisch. Sie erhöhen den Druck des Gases, indem sie dem Gas mit Hilfe von schnell rotierenden Schaufeln oder Laufrädern kinetische Energie zuführen. Scroll-Kompressoren werden in der Regel in kleinen bis mittelgroßen Anlagen eingesetzt, Schraubenkompressoren in mittleren bis großen Anlagen und Zentrifugalkompressoren in großen Anlagen. Jeder Verdichter hat seine eigenen Eigenschaften, die die beste Anwendung für jeden Typ definieren.

Daikin verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Verdichtern mit verschiedenen Technologien, einschließlich Inverter-Scroll-, Schrauben- und Zentrifugalverdichtern.

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Erläuterung des Volumenverhältnisses in volumetrischen Kompressoren

Ein wesentliches Merkmal von volumetrischen Kompressoren ist das Volumenverhältnis, auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet. Dieses Verhältnis definiert das Verhältnis zwischen dem Gasvolumen zu Beginn des Verdichtungsprozesses und dem Gasvolumen am Ende. Es gibt an, wie stark das Gas in Bezug auf sein physikalisches Volumen verdichtet wird. Bei einem Kolbenkompressor beispielsweise wird das Volumenverhältnis durch das Volumen des Zylinders zu Beginn und am Ende des Verdichtungshubs bestimmt.

Beispiel eines Hubkolbenkompressors

Das Druckverhältnis ist das Verhältnis zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck des Kompressors.

Dieses Verhältnis gibt an, um wie viel der Druck des Gases durch den Verdichter erhöht wird.

Unter der Annahme eines idealen Gases und unter Berücksichtigung eines isentropen (adiabatischen und reversiblen) Verdichtungsprozesses kann die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und dem Volumen wie folgt ausgedrückt werden:

Dabei ist y = Cp/Cv, wobei Cp und Cv die Eigenschaften der Flüssigkeit sind.

Das Volumenverhältnis ist mit der Konstruktion des Verdichters verknüpft, und somit hängt das vom Verdichter erzeugte Druckverhältnis von seiner Geometrie ab. Bei Wärmepumpen werden die Betriebsdrücke am Verdampfer und am Verflüssiger von den Bedingungen der Quelle (z. B. Außenluft oder Erdwärme) und der gewünschten Heiztemperatur beeinflusst.

Auf dieser Grundlage gibt es drei mögliche Situationen:

• Ideale Situation (Volumenverhältnis = Druckverhältnis)
• Überkomprimierung (Volumenverhältnis > Druckverhältnis)
• Unterkomprimierung (Volumenverhältnis < Druckverhältnis)

Kompressionszyklus in den drei verschiedenen Situationen

Im Idealfall stimmt das Volumenverhältnis des Verdichters mit dem Druckverhältnis überein, und die benötigte Energie entspricht genau dem, was der Verdichtungszyklus erfordert. Wenn das Volumenverhältnis ein höheres Druckverhältnis als erforderlich erzeugt, wird die zusätzliche Energie, die zur Überverdichtung des Kältemittels verwendet wird, verschwendet. Im umgekehrten Fall, wenn der Druck des Kältemittels am Austritt niedriger ist als der Druck im Verflüssiger, fließt das Kältemittel zurück in den Verdichter, der zusätzliche Energie aufwenden muss, um das Kältemittel herauszubekommen.

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Vorteile des variablen Volumenverhältnisses (VVR) bei Daikin-Schraubenverdichtern 

Um die Verdichtungseffizienz unter allen Bedingungen zu maximieren, sollte der Verdichter in der Lage sein, sein Volumenverhältnis entsprechend den Betriebsbedingungen anzupassen. Daikin-Schraubenkompressoren sind mit der Variable Volume Ratio-Technologie ausgestattet, die es dem Kompressor ermöglicht, das Volumenverhältnis entsprechend den Betriebsbedingungen der Wärmepumpe zu modulieren. Diese Technologie umfasst einen beweglichen Mechanismus, der das Volumen der Drucköffnung anpasst und das Ende der Kompression verzögert oder vorwegnimmt, um Unter- oder Überkompressionserscheinungen zu minimieren. 

Daikin Ein-Schrauben-Kompressor

Dieser Mechanismus spielt eine Schlüsselrolle bei der Senkung der Betriebskosten der Wärmepumpe und maximiert gleichzeitig ihre Zuverlässigkeit. Diese Vorteile sind besonders bei anspruchsvollen Anwendungen, wie z. B. in der Industrie, von entscheidender Bedeutung. 
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HVAC system optimization

Kompressor zur Anpassung des Lautstärkeverhältnisses von Minimum bis Maximum

Vorteile des Einsatzes der Invertertechnologie

Wärmepumpen und Kältemaschinen arbeiten in der Regel die meiste Zeit mit Teillast, was bedeutet, dass der Verdichter oft unter Bedingungen arbeitet, die nicht der Auslegung entsprechen. In diesen Fällen ist die Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Der Inverter, auch bekannt als frequenzvariabler Antrieb (VFD), ist ein elektronisches Bauteil, das die Drehzahl (RPM) des Verdichters anpasst, indem es die Frequenz der Stromversorgung des Motors verändert. Durch diese Modulation kann der Verdichter seine Leistung an den tatsächlichen Kühl- oder Heizbedarf anpassen. Auf diese Weise kann das System über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen hinweg eine optimale Leistung erbringen und einen energieeffizienten Betrieb sowie eine präzise Leistungsregelung gewährleisten.

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Verdichter für Wärmepumpen in Komfortanwendungen

Mit zunehmenden Leistungsanforderungen ändert sich auch die Wahl der Verdichtertechnologie entsprechend. Für geringere Leistungen, typischerweise in Wohngebäuden und leichten gewerblichen Anwendungen, werden häufig Inverter-Scroll-Verdichter eingesetzt.

Für diese Art von Gebäuden bietet Daikin eine breite Palette von Luft-Wärmepumpeneinheiten an, darunter die Daikin R-32 EWYT-CZ mit einer Kühl- und Heizleistung von 16 bis 90 kW.

Darüber hinaus ist die Daikin EWYE-CZ eine Hochtemperatur-Luftwärmepumpe, die mit dem Kältemittel R-454C arbeitet und Energieeffizienz mit Umweltverträglichkeit verbindet. Sie kann Wassertemperaturen von +20°C bis +70°C liefern. Die Produktpalette umfasst acht Modelle von 16 bis 70 kW, die alle mit Daikin Inverter-Scroll-Verdichtern ausgestattet sind und bei Umgebungstemperaturen von -25°C bis 40°C arbeiten.

Zusätzlich zu den luftbetriebenen Konfigurationen bietet Daikin auch modulare wasserbetriebene Wärmepumpen mit Scrollverdichtern an, die mehrere Vorteile bieten.

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Wenn höhere Wassertemperaturen erforderlich sind, ist die Daikin EWWH-J-Serie eine ideale Lösung. Diese Wasser/Wasser-Wärmepumpe, die auf der Wasserseite reversibel ist, wird für ihre kompakte Bauweise und hohe Zuverlässigkeit geschätzt. Sie verfügt über einen halbhermetischen Schraubenverdichter mit einer Heizleistung von 106 bis 243 kW. Das Gerät ist für den Einsatz mit dem Kältemittel R-1234ze optimiert und kann Heizungswasser bis zu +75°C liefern, wodurch es für Hochtemperatur-Heizungsanwendungen geeignet ist.

Kompressoren für Wärmepumpen in industriellen Anwendungen

In der Industrie ist Zuverlässigkeit ein Schlüsselfaktor, insbesondere in Branchen wie der Pharmazie, wo HLK-Systeme eine entscheidende Rolle spielen und bis zu 65 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen können. Diese Systeme sind nicht nur für die Aufrechterhaltung präziser Temperatur- und Luftqualitätsstandards zur Vermeidung von Verunreinigungen, sondern auch für die Gewährleistung eines komfortablen Arbeitsumfelds unerlässlich. Angesichts des erheblichen Energieverbrauchs ist die Optimierung der HLK-Leistung sowohl für die Kosteneffizienz als auch für die ökologische Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung. Für höhere Kapazitätsanforderungen, wie sie in Prozess- und Industrieanwendungen anzutreffen sind, werden Systeme in der Regel mit invertergesteuerten Schraubenkompressoren ausgestattet. Diese Technologie eignet sich besser für große, anspruchsvolle Umgebungen, in denen Leistung, Flexibilität und Energieeffizienz an erster Stelle stehen. In solchen Anwendungen sind entsprechend dimensionierte Anlagen, häufig mit inverterbetriebenen Schraubenkompressoren, unerlässlich, um die erforderliche Kapazität bei optimaler Effizienz und Zuverlässigkeit bereitzustellen.

Der Einsatz von inverterbetriebenen Schraubenverdichtern bietet viele Vorteile, wie die Wasser/Wasser-Wärmepumpen der VZ-Serie von Daikin zeigen. In der Version mit dem Kältemittel R-1234ze kann die VZ-Serie Warmwassertemperaturen von bis zu +90°C bereitstellen und kombiniert hohe Effizienz mit geringer Umweltbelastung. Die VZ-Serie deckt ein breites Leistungsspektrum ab, mit Heizleistungen von 409 bis 1924 kW.

Erfahren Sie hier mehr darüber, dass Daikin 7 VZ-Wärmepumpen für ein Krankenhausrenovierungsprojekt geliefert hat.

Frequently Asked Questions on Daikin Heat Pumps 

Wo werden die Wärmepumpen von Daikin hergestellt?

Daikin-Wärmepumpen werden in Italien hergestellt, am Hauptsitz und im Herzen von Daikin Applied Europe in Ariccia (Rom). Diese Fabrik widmet sich der Herstellung von hochwertigen HVAC-Geräten, einschließlich zwei Haupttypen von Wärmepumpen: Luft- und Wasserquelle. 

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