Der Kollektor Die Direktexpansion Der Wärmeübergang Das Verdampfen

Die Phasenumwandlung: Verdampfen bringt mehr.

Um 1 l Wasser um 1° C zu erwärmen, wird 1 kcal an Wärmeenergie benötigt. Um 1 l Sole um 1° C zu erwärmen, wird etwa 1,3 kcal benötigt, der Glykolanteil ist die Ursache. Sole erwärmt sich beim Durchlaufen eines Kollektors oder einer Sonde nur um ca. 3° C.

Das Verdampfen bringt eine höhere Wärmeaufnahme: um das Kältemittel die Phasenumwandlung von flüssig nach gasförmig machen zu lassen, ist je nach Kältemittel etwa die 200-fache Energie zu liefern. Oder anders herum betrachtet: die gleiche Menge an Erdwärme aufzunehmen wie bei Sole gelingt über das Verdampfen des Kältemittels ungleich leichter und effizienter, es nutzt latente Wärme.

Idealer Weise erhöht sich die Temperatur des Kältemittels dabei nicht, sondern bewerkstelligt nur den Phasenübergang. Beim Eintritt in den Kreis hat das Kältemittel zum Beispiel bei -4° C in flüssigem Zustand, beim Austritt ist es gasförmig geworden, hat aber immer noch -4° C.

Durch das Verdampfen expandiert das Kältemittel, es vergrößert sein Volumen. Deshalb drückt es von alleine in Richtung des Verdichters, der deshalb weniger arbeiten muss. Bei Sole ist immer die Solepumpe mit ihrem elektrischen Verbrauch für die Zirkulation notwendig, die Arbeitsleistung des Verdichters um das Kältemittel durch den Verdampfer zu saugen, ist bei beiden Systemen nahezu gleich.

Um die Wärme des Erdreichs aufzunehmen, benötigt das Kältemittel einen viel geringeren Massenstrom, der sich schon im deutlich kleineren Querschnitt des Rohres zeigt (10 - 16 mm bei Direktexpansion, 35 - 50 mm bei Sole). Eine wesentlich geringere Arbeitsleistung und damit ein höherer Wirkungsgsrad ist das Ergebnis. Zugleich sind die Verlegeabstände und damit die benötigten Flächen wegen des geringeren Querschnitts deutlich geringer.

Thermostatische Einspritzventile sind wegen der hohen Laufzeiten des Kältemittels durch den Kollektor nur bedingt geeignet. Elektronische Einspritzventile können sehr viel besser für die optimale Füllmenge an Kältemittel sorgen, die notwendige Überhitzung sollte in einem Sauggaswärmetauscher erfolgen um damit die gesamte Kollektorlänge für den Wärmeentzug nutzbar zu machen.

Die Vergrößerung der Kollektorfläche durch zusätzliche Verdampferkreise senkt einserseits die spezifische Entzugsleistung pro qm und hebt andererseits die Effizienz über höhere Verdampfungstemperaturen an.
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