Artikel aktualisiert am 20.09.2023
von Boris Stippe | ca: 10 Min. zu lesen

Zweikreissystem

Wie funktioniert ein separater Heiz- und Kältekreislauf?

Eine Zweikreis-Wärmepumpe ist ein System, das aus zwei getrennten Kreisläufen besteht. Der erste Kreislauf nutzt die Wärmequelle zur Aufnahme der Wärmeenergie, während der zweite Kreislauf die aufgenommene Energie zur Wärmeabgabe an das zu beheizende System nutzt.

Funktionsweise eines Wärmepumpenkreislaufs
Funktionsweise eines Wärmepumpenkreislaufs (Bildquelle: arahan – stock.adobe.com)

Zweikreissystem ist ein Begriff, der im Zusammenhang mit der Installation und dem Betrieb von Wärmepumpen verwendet wird. Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Umgebungswärme nutzt, um ein Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Das Zweikreissystem besteht aus zwei getrennten Kreisläufen: dem Kältemittelkreislauf und dem Heizkreislauf.

Im Kältekreislauf zirkuliert das Kältemittel, eine spezielle Flüssigkeit oder ein Gas, das aufgrund seiner Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen verdampft und bei höheren Temperaturen kondensiert. Dieser Kreislauf besteht aus dem Verdampfer, dem Kompressor, dem Kondensator und dem Expansionsventil. Der Verdampfer nimmt die Umgebungswärme auf und verdampft das Kältemittel, das anschließend vom Kompressor verdichtet wird, wodurch sich sein Druck und seine Temperatur erhöhen. Das erwärmte Kältemittel gibt seine Wärme im Kondensator ab und kondensiert zu einer Flüssigkeit. Anschließend wird das Kältemittel durch das Expansionsventil entspannt, wodurch sein Druck und seine Temperatur wieder sinken und der Kreislauf von vorne beginnen kann.

Der Heizkreislauf ist der zweite Teil des Zweikreissystems und dient dazu, die vom Kältemittelkreislauf aufgenommene Wärmeenergie an das zu beheizende System abzugeben. In diesem Kreislauf zirkuliert ein Wärmeträgermedium wie Wasser oder eine spezielle Flüssigkeit, das die Wärme aus dem Kondensator der Wärmepumpe aufnimmt und über Rohrleitungen und Heizkörper oder Fußbodenheizungen im Gebäude verteilt. Das abgekühlte Wärmeträgermedium kehrt dann zum Verdampfer der Wärmepumpe zurück, um erneut erwärmt zu werden. Dieser Kreislauf ermöglicht eine effiziente und kontrollierte Einspeisung der gewonnenen Wärmeenergie in das Heizsystem.

Das Zweikreissystem der Wärmepumpe hat den Vorteil, dass die Funktionen der Wärmeaufnahme und der Wärmeabgabe voneinander getrennt sind. Dadurch kann die Wärmepumpe effizienter arbeiten und unterschiedliche Temperaturen im Kältemittelkreislauf und im Heizkreislauf erreichen. Außerdem ist eine flexiblere Anpassung an die individuellen Anforderungen des zu beheizenden Gebäudes möglich.

Was sind die Vorteile einer Zweikreis-Wärmepumpe?

Ein Zweikreissystem mit einer Wärmepumpe bietet eine Reihe von Vorteilen, die zu einem effizienten und flexiblen Einsatz der Wärmepumpe führen. Hier einige der wichtigsten Vorteile im Detail:

  • Trennung von Wärmeaufnahme und -abgabe: Das Zweikreissystem ermöglicht eine klare Trennung der Funktionen Wärmeaufnahme und -abgabe. Im Kältemittelkreislauf wird die Wärmeenergie aus der Umgebung aufgenommen und im Heizkreislauf an das zu beheizende System abgegeben. Diese Trennung ermöglicht eine optimale Nutzung der Wärmequellen und -senken sowie eine effiziente Wärmeübertragung.
  • Hoher Wirkungsgrad: Durch die getrennte Regelung von Kältemittelkreislauf und Heizkreislauf kann die Wärmepumpe effizienter arbeiten. Der Kältekreis kann auf niedrigere Temperaturen eingestellt werden, um die maximale Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe zu erreichen. Gleichzeitig kann der Heizkreislauf auf die gewünschte Vorlauftemperatur des Heizsystems eingestellt werden. Dies ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung mit minimalen Verlusten.
  • Flexibilität bei der Temperaturregelung: Ein Zweikreissystem ermöglicht unterschiedliche Temperaturen in den beiden Kreisläufen. Dies ist besonders nützlich, wenn im Gebäude verschiedene Heizsysteme vorhanden sind, die unterschiedliche Vorlauftemperaturen benötigen. Zum Beispiel können Fußbodenheizungen mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben werden, während Heizkörper höhere Temperaturen benötigen.
  • Anpassungsfähigkeit an verschiedene Heizsysteme: Durch die Flexibilität des Zweikreissystems kann eine Wärmepumpe an verschiedene Heizsysteme angepasst werden. Ob Fußbodenheizung, Radiatoren oder eine Kombination verschiedener Systeme, die Wärmepumpe kann die Wärmeenergie effizient an das jeweilige System abgeben.
  • Effiziente Nutzung der Umgebungswärme: Durch die Optimierung des Kältemittelkreislaufs kann ein Zweikreissystem die Umgebungswärme effizient nutzen. So kann Wärmeenergie aus verschiedenen Quellen wie Luft, Erdreich oder Wasser gewonnen und für die Beheizung des Gebäudes genutzt werden. Da die Wärmepumpe mit niedrigeren Temperaturen arbeiten kann, ist sie auch in kälteren Klimazonen effektiv einsetzbar.

Wie funktioniert ein Zweikreis-Wärmepumpensystem?

Ein Zweikreis-Wärmepumpensystem besteht aus zwei getrennten Kreisläufen, dem Kältemittelkreislauf und dem Heizkreislauf. Im Folgenden wird die Funktionsweise einer Zweikreis-Wärmepumpe im Detail erläutert:

  • Kältemittelkreislauf: Der Kältemittelkreislauf ist der Teil des Systems, der für den Austausch der Wärmeenergie mit der Umgebung verantwortlich ist. Er besteht aus mehreren Komponenten, darunter Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil.
  • Verdampfer: Im Verdampfer nimmt das gasförmige Kältemittel Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Dabei verdampft es und geht in den gasförmigen Zustand über.
  • Verdichter: Der Verdichter erhöht den Druck und die Temperatur des gasförmigen Kältemittels durch Verdichtung. Dadurch wird die Wärmeenergie des Kältemittels erhöht.
  • Kondensator: Im Kondensator gibt das verdichtete und erwärmte Kältemittel die aufgenommene Wärmeenergie wieder ab. Dabei kondensiert es zu einer Flüssigkeit und gibt seine Wärme an das Heizmedium ab.
  • Expansionsventil: Das Expansionsventil regelt den Druck und die Temperatur des Kältemittels und bereitet es für den erneuten Eintritt in den Verdampfer vor. Hier entspannt sich das Kältemittel, wodurch sein Druck und seine Temperatur sinken.
  • Heizkreislauf: Der Heizkreislauf ist der Teil des Zweikreis-Wärmepumpensystems, der für die Übertragung der Wärmeenergie an das zu beheizende System im Gebäude verantwortlich ist. Er besteht aus Rohrleitungen, einem Wärmeträgermedium und den Heizkörpern oder Fußbodenheizungen.
  • Rohrleitungen: Die Rohrleitungen transportieren das Wärmeträgermedium, das die Wärmeenergie vom Kondensator der Wärmepumpe aufnimmt und an die Heizkörper oder Fußbodenheizungen im Gebäude verteilt.
  • Wärmeträgermedium: Das Wärmeträgermedium, oft Wasser oder eine spezielle Flüssigkeit, zirkuliert in den Rohrleitungen und nimmt die Wärmeenergie vom Kondensator auf. Es transportiert diese Wärmeenergie zu den Heizkörpern oder Fußbodenheizungen.
  • Heizkörper bzw. Fußbodenheizung: Die Heizkörper oder Fußbodenheizungen sind die Endpunkte des Heizkreislaufs. Sie geben die aufgenommene Wärmeenergie an den Raum ab und sorgen für die gewünschte Wärme.

Die Zweikreis-Wärmepumpe arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf. Im Kältemittelkreislauf nimmt das Kältemittel im Verdampfer die Wärmeenergie aus der Umgebung auf und wird vom Kompressor verdichtet, wodurch sich seine Temperatur und sein Druck erhöhen. Im Verflüssiger gibt das Kältemittel die aufgenommene Wärme an das Heizmedium ab, kondensiert und wird flüssig. Durch das Expansionsventil entspannt sich das Kältemittel, sein Druck und seine Temperatur sinken und es kann wieder in den Verdampfer gelangen.

Gleichzeitig zirkuliert das Wärmeträgermedium im Heizkreislauf durch die Rohrleitungen und nimmt die Wärmeenergie aus dem Kondensator auf. Es transportiert diese Wärmeenergie zu den Heizkörpern oder Fußbodenheizungen, wo sie zur Raumbeheizung abgegeben wird. Das abgekühlte Kältemittel kehrt dann zum Kondensator der Wärmepumpe zurück, um erneut erwärmt zu werden, und der Kreislauf beginnt von neuem.

Wie wird ein Zweikreissystem mit einer Wärmepumpe installiert?

Die Installation eines Zweikreissystems mit Wärmepumpe erfordert Fachkenntnisse und sollte idealerweise von qualifizierten Fachleuten durchgeführt werden. Im Folgenden sind die grundlegenden Schritte für die Installation eines Zweikreissystems mit Wärmepumpe aufgeführt:

  • Planung und Dimensionierung: Zunächst muss das Zweikreissystem sorgfältig geplant und dimensioniert werden. Dabei werden Faktoren wie die Größe des zu beheizenden Gebäudes, der Wärmebedarf, die gewünschte Vorlauftemperatur des Heizsystems und die Art der Heizkörper oder Fußbodenheizung berücksichtigt.
  • Auswahl der Komponenten: Auf der Grundlage der Anforderungen und der Dimensionierung werden die geeigneten Komponenten ausgewählt, wie z. B. die Wärmepumpe selbst, der Verdampfer, der Kompressor, der Kondensator, das Expansionsventil, die Rohrleitungen, das Wärmeträgermedium und die Heizkörper oder Fußbodenheizung.
  • Platzierung der Komponenten: Die Wärmepumpe wird an einem geeigneten Ort aufgestellt, der den Zugang zu den verschiedenen Komponenten erleichtert und gleichzeitig sicherstellt, dass Vibrationen und Geräusche minimiert werden. Der Verdampfer wird in der Nähe der Wärmequelle aufgestellt, z. B. im Freien oder im Erdreich, während der Kondensator in der Nähe des Heizsystems installiert wird.
  • Installation der Rohrleitungen: Die Rohrleitungen, die den Kältemittelkreislauf mit dem Heizkreislauf verbinden, werden fachgerecht verlegt. Dabei werden die richtigen Rohrdurchmesser und Isolierungen verwendet, um Energieverluste zu minimieren. Die Verbindungen zwischen den Rohrleitungen und den Komponenten werden sorgfältig abgedichtet, um Leckagen zu vermeiden.
  • Füllen und Entlüften des Systems: Es ist wichtig sicherzustellen, dass das System ordnungsgemäß entlüftet wird, um Luftblasen zu entfernen, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen könnten. Spezielle Entlüftungsventile werden verwendet, um eine ordnungsgemäße Entlüftung zu gewährleisten.
  • Systemprüfung und Inbetriebnahme: Nach der Installation wird das Zweikreissystem auf seine Funktionsfähigkeit geprüft. Dies beinhaltet die Überprüfung der Leistung, der Drücke, der Temperaturen und des Energieverbrauchs. Das System wird in Betrieb genommen und auf korrekte Funktion überwacht.

Wie wird eine Zweikreis-Wärmepumpe gewartet?

Die regelmäßige Wartung eines Zweikreissystems mit Wärmepumpe ist wichtig, um sicherzustellen, dass das System effizient und zuverlässig arbeitet. Hier sind einige wichtige Aspekte, die bei der Wartung eines Zweikreissystems mit Wärmepumpe zu beachten sind:

  • Reinigung der Filter: Überprüfen und reinigen Sie regelmäßig die Filter im Wärmeaustauschsystem, insbesondere im Verdampfer. Verschmutzte Filter können den Luftstrom beeinträchtigen und die Effizienz der Wärmepumpe verringern. Je nach Verschmutzungsgrad sollten die Filter gereinigt oder ausgetauscht werden.
  • Kältemittelkontrolle: Kontrollieren Sie regelmäßig den Kältemittelstand im Kältekreislauf. Bei Bedarf kann das Kältemittel von einem Fachmann ergänzt oder nachgefüllt werden.
  • Kontrolle der Rohrleitungen und Anschlüsse: Überprüfen Sie die Rohrleitungen, Isolierungen und Verbindungen auf Lecks, Risse oder andere Schäden. Beschädigte Komponenten sollten umgehend repariert oder ausgetauscht werden, um Energieverluste zu vermeiden und die Effizienz des Systems zu gewährleisten.
  • Überprüfung der Elektrik und Steuerung: Überprüfen Sie die elektrischen Verbindungen, Steuerungen und Sicherungen, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren. Lose Kabel oder beschädigte Komponenten sollten repariert oder ersetzt werden, um Fehlfunktionen oder Ausfälle zu vermeiden.
  • Kontrolle der Drücke und Temperaturen: Die Drücke und Temperaturen im Kältemittelkreislauf sind regelmäßig zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass sie im optimalen Bereich liegen. Abweichungen von den empfohlenen Werten können auf Probleme hinweisen, die behoben werden müssen, um den ordnungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpe sicherzustellen.
  • Reinigung von Verdampfer und Kondensator: Verdampfer und Kondensator sollten regelmäßig gereinigt werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Schmutz und Ablagerungen können die Wärmeübertragung beeinträchtigen und die Effizienz der Wärmepumpe verringern.
  • Fachmännische Wartung: Ein Fachmann kann das System gründlich überprüfen, die Leistung optimieren und mögliche Probleme frühzeitig erkennen. Die Häufigkeit der professionellen Wartung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. den Vorgaben des Herstellers, der Nutzungsdauer und den Umgebungsbedingungen.

Fazit

Ein Zweikreissystem mit Wärmepumpe bietet viele Vorteile für effizientes und flexibles Heizen und Kühlen. Durch die Trennung von Kälte- und Heizkreislauf kann die Wärmepumpe effizienter arbeiten und unterschiedliche Temperaturen erreichen. Dadurch ist eine genaue Anpassung an den Bedarf des Gebäudes möglich. Die getrennten Kreisläufe ermöglichen zudem eine optimale Nutzung der Wärmequellen und -senken. Die Wärmeenergie wird effizient aufgenommen und an das Heizsystem abgegeben, was zu einem hohen Wirkungsgrad führt. Das Zweikreissystem ist zudem flexibel in der Anpassung an verschiedene Heizsysteme wie Fußbodenheizung oder Radiatoren. Dadurch kann die Wärmepumpe in unterschiedlichen Gebäuden vielseitig eingesetzt werden. Die Nutzung der Umgebungswärme wird optimiert, was zu einem nachhaltigen und energieeffizienten Heizen oder Kühlen führt.

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