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Abluftwärmepumpe

Eine Abluftwärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die Wärme aus Abluft gewinnt. Beispielsweise kommt hierfür Abluft infrage, die bei einer Abluft-Lüftungsanlage für Wohnräume oder Nutzräume (auch in gewerblichen Gebäuden) anfällt. Ideal ist die Nutzung von besonders warmer Abluft beispielsweise aus Maschinenräumen.

Es handelt sich im Prinzip um eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, die allerdings nicht mit Außenluft arbeitet, sondern eben mit Abluft. Gegenüber der Verwendung von Außenluft ergeben sich die folgenden Unterschiede:

• Die Abluft ist häufig deutlich wärmer als die Außenluft, was eine höhere Leistungszahl und Jahresarbeitszahl (d. h. eine höhere Energieeffizienz) der Wärmepumpe ermöglicht.

• Andererseits steht Abluft nur in begrenzter Menge zur Verfügung, sodass in der Regel keine allzu hohe Wärmeleistung erzeugt werden kann. Die Leistung der Wärmepumpe sollte natürlich so bemessen sein, dass eine deutliche, aber nicht zu starke Abkühlung der Abluft erfolgt. Außerdem sollte die Wärmeabgabe nicht nur in einzelnen Stunden, sondern möglichst rund um die Uhr erfolgen (nachts eventuell reduziert, wenn dann der Luftstrom reduziert wird).
• Häufig weist die Abluft eine deutlich höhere Luftfeuchtigkeit als die Außenluft auf. Dies bedeutet, dass bei der Abkühlung entsprechend mehr Kondenswasser anfällt, was vorteilhaft ist, solange eine Vereisung sicher vermieden wird; man gewinnt dann nämlich die zusätzliche Kondensationswärme.
• Ein Wärmeübertrager, der in eine ohnehin schon vorhandene Abluftleitung z. B. in einem Kellerraum eingebaut wird, dürfte in der Regel einen geringeren Kostenaufwand verursachen als ein im Freien aufgestellter Wärmeübertrager mit eigenem Ventilator. Auch die Leistungsaufnahme eines zusätzlichen Ventilators wird vermieden.

Abluftwärmepumpe bei Abluft-Lüftungsanlage

Wir betrachten zunächst eine reine Abluft-Lüftungsanlage, wie sie beispielsweise in vielen Mehrfamilienhäusern eingesetzt wird. Hier besteht keine Möglichkeit, die Wärme der Abluft für die Vorwärmung der Frischluft zu verwenden, da letztere an vielen im Gebäude verteilten Zuluftöffnungen einströmt. Dafür kann eine Abluftwärmepumpe die enthaltene Wärme für andere Zwecke nutzbar machen, beispielsweise zur Einspeisung in die Heizungsanlage oder zur Bereitung von Warmwasser.

Die Lüftungsanlage eines Hauses mit zehn Wohnungen mag beispielsweise eine Luftmenge von 800 Kubikmetern pro Stunde fördern. (Dies entspricht etwa dem Luftbedarf von 40 erwachsenen Personen.) Die Abluft fällt etwa bei Zimmertemperatur (20 °C) an und kann von der Wärmepumpe beispielsweise auf 5 °C abgekühlt werden, wodurch die Gefahr der Vereisung noch vermeidbar sein sollte. Die der Abluft entnommene Wärmeleistung berechnet sich dann unter Verwendung der spezifischen Wärmekapazität der Luft zu 1,2 kJ / (m³ K) · 800 m³/h / 3600 s/h · 15 K = 4 kW (ohne Berücksichtigung von Kondensationswärme). Wenn die Wärmepumpe eine Leistungszahl von 5 aufweist (etwas optimistisch), verbraucht ihr Antrieb 1 kW elektrischer Leistung, und die abgegebene Wärmeleistung ist 5 kW.

Die genannte Leistung von 5 kW würde beispielsweise für rund 1700 Liter Warmwasser pro Tag ausreichen oder könnte einen kleinen Teil des Heizleistungsbedarfs decken. Der Einsatz der Wärme für Heizzwecke ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Niedertemperaturheizung (z. B. Fußbodenheizung) eingesetzt wird, weil die Wärmepumpe dann besonders effizient laufen kann. Andererseits besteht ein Bedarf für Warmwasser ganzjährig und nicht nur während der Heizperiode. Idealerweise ist das System so beschaffen, dass je nach Situation die Wärme für Heizung oder Warmwasser verwendet wird.

Da die Temperatur der Abluft aus Wohnungen relativ konstant ist, hängt die erzielbare Wärmeleistung kaum von der Außentemperatur ab. Nur an warmen Sommertagen kann die Temperatur etwas höher werden als gewöhnlich.

Abluftwärmepumpe bei Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung

Wo eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Vorerwärmung der Frischluft eingesetzt wird, verlässt die Abluft den Wärmeübertrager dieses Geräts bereits relativ kalt – mit einer Temperatur nur leicht oberhalb der Außentemperatur. Mit einer Wärmepumpe kann der Luft dann nicht mehr allzu viel Wärme zusätzlich entzogen werden; entsprechend geringer ist die erzielbare Wärmeleistung, und auch die Leistungszahl der Wärmepumpe fällt entsprechend geringer aus, wenn nicht noch eine zusätzliche Wärmequelle auf höherem Temperaturniveau zu Verfügung steht.

Die mögliche Wärmeleistung kann in diesem Fall deutlich von der Außentemperatur abhängen. Leider ist sie gerade an besonders kalten Tagen recht gering, wenn der Wärmebedarf besonders hoch wäre.

Trotz der genannten engen Begrenzungen wird dieses Konzept in Kompaktgeräten für die Belüftung von Passivhäusern häufig angewandt, wo der Wärmebedarf besonders gering ist. Hier ist eine Nutzung der Wärme für die zusätzliche Vorerwärmung der Frischluft oder für die Warmwasserbereitung möglich – idealerweise für beide Zwecke.

Es wäre energetisch nachteilhaft, eine reine Abluft-Lüftungsanlage einzusetzen, nur um die Effizienz der Wärmepumpe zu erhöhen. Die Wärmerückgewinnung in einem einfachen Wärmeübertrager erfordert nämlich viel weniger elektrische Energie als der Betrieb einer Wärmepumpe. Nachteilig ist hier lediglich der zusätzliche Aufwand für die Zuluftleitung in das Gebäude. Wenn aber beispielsweise bei der energetischen Sanierung eines Altbaus der Einbau von Zuluftleitungen nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist, ist eine Abluftwärmepumpe eine gute Einrichtung für die Nutzung der Abwärme.

Anwendung in Schwimmbädern

Ein besonders günstiger Anwendungsfall für Abluft-Wärmepumpen sind Schwimmbäder. Hier wird oft ganzjährig viel Wärme benötigt, aber auf einem recht tiefen Temperaturniveau. Die hohe Feuchtigkeit der Abluft führt zu einem hohen Kondensatanfall im Wärmeübertrager, aber wegen der hohen Temperatur nicht zur Vereisung. Die Kondensation ist energetisch günstig, weil damit auch latente Wärme (Kondensationswärme) genutzt werden kann.

Schwimmbäder werden häufig mit einem Blockheizkraftwerk beheizt. Dann kann ein großer Teil des Strombedarfs einer Abluftwärmepumpe als Eigenverbrauch gedeckt werden, was die Betriebskosten weiter senkt.

Siehe auch: Wärmepumpe, Luft/Wasser-Wärmepumpe, Lüftungsanlage, Warmwasser