Alles, was Sie über elektrische Inverter-Wärmepumpen wissen müssen

Das Leben an einem Ort mit extremen Wetterbedingungen kann eine Herausforderung sein, aber Wärmepumpen können Wohn- und Arbeitsräume angenehmer machen. Sie entziehen der Atmosphäre Wärme und leiten diese an verschiedene Gebäudekomponenten weiter, oder sie können auch andersherum arbeiten. Die neueste Innovation in der Temperaturregelung sind Inverter-Wärmepumpen. Sie können den Komfort steigern, indem sie die Temperatur mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C halten. Im Gegensatz dazu arbeiten herkömmliche Wärmepumpen nach dem Prinzip des Ein- und Ausschaltens, was zu großen Temperaturschwankungen führt, die für viele unangenehm sein können.

Wenn Sie Heiz- oder Kühlgeräte für verschiedene Anwendungen in Ihrem Gebäude kaufen möchten, entscheiden Sie sich für Inverter-Wärmepumpen . Sie bieten im Vergleich zu allen anderen Temperaturregelgeräten erhebliche Energieeinsparungen. Elektrische Inverter-Wärmepumpen bieten mit dem neuesten bürstenlosen Gleichstrom-Lüftermotor eine zusätzliche Heizleistung von 20 %. Um mehr über die Technologie zu erfahren, lesen Sie den Blog weiter!

Was ist eine Wärmepumpe?

Um eine elektrische Inverter-Wärmepumpe vollständig zu verstehen, müssen wir uns mit den Grundlagen der Wärmepumpenfunktion vertraut machen. Die Funktionsweise und der Schaltkreis sind die gleichen wie bei herkömmlichen Wärmepumpen. Die Einführung von Gleichstrom (DC) in den Kältemittelkompressor hat die Effizienz jedoch drastisch verbessert. Wir werden die Gleichstrom- und Invertertechnologie in späteren Abschnitten besprechen.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe besteht aus einem Kreislauf mit Kompressor, Expansionsventil, Trockner sowie Innen-/Außeneinheiten. Rohre verbinden alle diese Komponenten und enthalten ein Kältemittel, das R-32, R134a oder R410a sein kann. So funktionieren diese Komponenten im Heizbetrieb:

1. Der Kompressor komprimiert das Kühlmittel und erhöht so dessen Temperatur. Außerdem drückt er das Kühlmittel in die Rohre, um es im Kreislauf zu bewegen.
2. Das erwärmte Kühlmittel gelangt zur Inneneinheit und gibt Wärme an den Raum, das Schwimmbecken, den Fußboden oder das Brauchwasser ab. Nach der Wärmeabgabe sinkt die Kühlmitteltemperatur.
3. Nun strömt das leicht abgekühlte Kältemittel durch das Expansionsventil, was einen der Kompression entgegengesetzten Effekt hat. Die Temperatur des Kältemittels sinkt drastisch und wird niedriger als die Temperatur außerhalb des Gebäudes.
4. Die Atmosphäre hat eine höhere Temperatur als das Kühlmittel, wodurch die Temperatur ansteigt.
5. Wärmeres Kühlmittel gelangt dann zurück in den Kompressor, um den Zyklus zu wiederholen.

Wärmepumpen verfügen über mehrere Expansionsventile und ein Umkehrventil, das dafür sorgt, dass der Kreislauf beim Kühlen in die entgegengesetzte Richtung läuft. Aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sind Wärmepumpen ideal für Gebiete mit extremen Wetterbedingungen.

Klimaanlage vs. Wärmepumpe

Im Kern ähnelt eine Wärmepumpe einer Klimaanlage, verfügt jedoch über einige zusätzliche Funktionen und Komponenten. Im Gegensatz zu Klimaanlagen kann eine Wärmepumpe durch Hinzufügen von zwei Rückschlagventilen , einem Expansionsventil und einem Umkehrventil sowohl heizen als auch kühlen. Die übrigen Elemente ähneln denen einer Klimaanlage.

Was ist eine elektrische Inverter-Wärmepumpentechnologie?

Die elektrische Inverter-Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärme aus der Atmosphäre entzieht und sie für Heizzwecke in Innenräume abgibt. Sie kann auch umgekehrt funktionieren, also Wärme aus Innenräumen aufnehmen und an die Außenatmosphäre abgeben. Das heißt, sie kann je nach Bedarf des Benutzers zwischen Kühlen und Heizen umschalten.

Einstufige Wärmepumpen vs. Inverter-Wärmepumpen

Bei herkömmlichen Wärmepumpen arbeitet der Kompressor, der das Kühlmittel in der Wärmepumpe bewegt, mit einer festen Drehzahl. Wenn kein Heizbedarf besteht, stoppt der Kompressor und wartet, bis die Temperatur deutlich gesunken ist, bevor er wieder anläuft.

Im Vergleich dazu kann der Kompressor der Inverter-Wärmepumpentechnologie seine Geschwindigkeit je nach Temperaturbedingungen variieren. Der Kompressor wird mithilfe eines Motors betrieben und zum Ändern der Motordrehzahl ist eine Technologie mit variabler Frequenz erforderlich. Inverter-Wärmepumpen können die Frequenzen aller zugehörigen Lüfter und Kompressoren im System variieren. Ihre Fähigkeit, ihre Geschwindigkeit anzupassen, anstatt sie ein- und auszuschalten, verbessert ihre Effizienz.

Kompressorregelung und DC-Inverter-Technologie

Um die Kompressorregelung und die Wechselrichtertechnologie genauer zu untersuchen, müssen wir tiefer in die Komponenten eintauchen. Hier ist ein Beispiel, wie die DC-Wechselrichtertechnologie funktioniert:

• Umwandlung in Gleichstrom: Die Spannung in unseren Steckdosen ist Wechselstrom (AC). Bei Wechselstrom bewegen sich Elektronen in den USA fast 60 Mal pro Sekunde vorwärts und rückwärts. Diese Zahl kann jedoch je nach Land variieren. Die elektrische Inverter-Wärmepumpe verfügt über einen Brückengleichrichter, der den Strom für den Kompressor in Gleichstrom umwandelt. Es ist wie eine Einbahnstraße, die keinen Stromfluss in die andere Richtung zulässt. Wenn sich Elektronen in eine Richtung bewegen, ist der Strom Gleichstrom.

• Spannungserhöhung: Wir müssen den Gleichstrom auf eine höhere Spannung bringen. Der Strom sollte ausreichend Leistung haben, damit der Kompressor effizient beschleunigen und verlangsamen kann. Die Spannungserhöhung erfolgt durch den Einsatz von Kondensatoren.

• Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs): Ein Schalter schaltet schnell ein und aus und steuert so den durchfließenden Strom. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Kompressors wird mithilfe der IGBTs geregelt. Mit einem Gleichstrommotor kann der Kompressor effizienter arbeiten als mit einem Wechselstrommotor.

Die Verwendung eines Gleichstromkompressors und eines bürstenlosen Gleichstromlüfters zum Durchleiten von Luft durch die Außeneinheit erhöht die Effizienz der gesamten Wärmepumpe.

Äußerst komfortable Temperaturregelung mit elektrischen Inverter-Wärmepumpen

Als Benutzer stellen Sie die Temperatur ein, die Sie in Ihrem Zimmer, im Schwimmbad, im Leitungswasser oder auf dem Fußboden erreichen möchten. Die elektrische Inverter-Wärmepumpe startet mit der niedrigsten Geschwindigkeit. Sie nimmt Feedback entgegen, berücksichtigt Benutzeranforderungen und erhöht die Geschwindigkeit weiter, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Der Kompressor behält seine Geschwindigkeit bei, wenn die Temperatur der Inneneinheit dem Sollwert entspricht.

Auf diese Weise zu arbeiten ist hocheffizient und komfortabel. Bei herkömmlichen Wärmepumpen kam es zu enormen Temperaturschwankungen, da der Kompressor mit 100 % oder 0 % seiner Kapazität arbeitete. Im Vergleich dazu variiert der Inverterkompressor seine Geschwindigkeit, um die Temperatur nahe dem Sollwert zu halten und so Temperaturschwankungen zu reduzieren.

Doppelte Funktionalität der Wärmepumpe

Einer der größten Vorteile einer Wärmepumpe ist ihre Fähigkeit, zu kühlen oder zu heizen. Ihre ganzjährige Einsatzfähigkeit macht sie zum idealen System, um ein angenehmes Wohnklima zu schaffen. Die Wärmepumpe verfügt über ein Umkehrventil. Je nach Heiz- oder Kühlmodus kann das komprimierte Kühlmittel an die Innen- oder Außeneinheit geleitet werden. In beiden Fällen bietet sie die beste Effizienz im Vergleich zu jeder anderen elektrischen Heizmethode.

Vor- und Nachteile von elektrischen Inverter-Wärmepumpen

Elektrische Inverter-Wärmepumpen haben gegenüber herkömmlichen Nicht-Inverter-Wärmepumpen mehr Vor- als Nachteile. Ihre Fähigkeit, die Temperatur langsam und schrittweise anzupassen, bietet viele Vorteile.

Vorteile von Inverter-Wärmepumpen

• Einsparungen: Dank des Gleichstromkompressors und des bürstenlosen Lüftermotors führt die variierende Frequenz zu einer Einsparung von 20–30 % bei den Energiekosten.
• Geräusch: Durch den sanften Anlauf und die Drehzahlvariation ist der Geräuschpegel der Innen- und Außeneinheit deutlich geringer.
• Umweltfreundlich: Die Reduzierung des Energieverbrauchs führt zu geringeren Kohlenstoffemissionen, die durch die Erzeugung von Strom zum Betrieb von Wärmepumpen entstehen.
• Stabile Temperaturregelung: Elektrische Inverter-Wärmepumpen können die Lüfter- und Kompressordrehzahl variieren, um eine stabile Temperaturregelung zu gewährleisten, die leicht vom Sollwert des Benutzers abweicht.
• Homogenität der Temperatur: Längere Laufzeiten sorgen dafür, dass die Temperaturen im gesamten Raum konstant bleiben. So ist es, je nach Standort der Innenspule, nicht an einer Stelle zu heiß und an einer anderen zu kalt.

Nachteile

• Anschaffungskosten: Inverter-Wärmepumpen haben höhere Anschaffungskosten, da für ihren Betrieb eine größere Anzahl an Geräten und Komponenten erforderlich ist.
• Wartung und Installation: Die Installations- und Wartungskosten sind hoch, da Ersatzteile teuer sind.

Auswahl und Anwendung von elektrischen Inverter-Wärmepumpen

Wenn Sie den Kauf einer elektrischen Inverter-Wärmepumpe für Ihr Zuhause oder Ihren Arbeitsplatz planen, berücksichtigen Sie mehrere Faktoren, die in unseren Richtlinien erläutert werden.

Wichtige zu berücksichtigende Faktoren

Faktor 1: Art der Wärmepumpe

Je nach Anwendung gibt es verschiedene Arten von Wärmepumpen. Wärmepumpen können die Temperatur von Luft, Wasser oder Fußboden aufrechterhalten. Einige Wärmepumpen mit hoher Kapazität können gleichzeitig die Temperatur von Brauchwasser, Pool und Raum aufrechterhalten. Ihre Anschaffungskosten sind jedoch höher und die Wartung teuer.

Faktor 2: Auswahl der Wärme- oder Wärmesenkequelle

Das Kühlmittel im Wärmepumpenkreislauf gibt Wärme von außen ab oder nimmt sie auf. Es kann Wärme an die Außenluft, Wasserquelle oder den Boden abgeben oder aufnehmen. Je nach Umgebung und örtlichen Vorschriften können Benutzer zwischen drei Methoden zur Wärmeabgabe oder -aufnahme wählen:

• Luftquelle
• Wasserwärmepumpe (Öffnen oder Schließen)
• Erdwärmesonde (vertikal oder horizontal)

Faktor 3: Energieeffizienz

Steigende Energiekosten sind für jeden ein Grund zur Sorge. Es sollte eine Standardmethode zur Überprüfung der Effizienz einer Wärmepumpe eingeführt werden: SEER2, EER2 und HSPF2.

• EER2: Die Energieeffizienz wird berechnet, indem die Kühlleistung in BTU pro Stunde durch die elektrische Leistungsaufnahme in Watt geteilt wird. Sie gibt eine Vorstellung von der Effizienz der Wärmepumpe bei Spitzenkühllast, also bei hohen Außentemperaturen.

• SEER2: Das Seasonal Energy Efficiency Ratio gibt die Gesamteffizienz der Wärmepumpe in verschiedenen Jahreszeiten an. Ein höherer SEER2-Wert bedeutet, dass die Wärmepumpe bei unterschiedlichen saisonalen Temperaturen effizient arbeitet.

• HSPF2: Der jahreszeitbedingte Heizleistungsfaktor ist das Verhältnis zwischen der gesamten Heizleistung in BTU und dem gesamten Energieverbrauch in Wattstunden. Er stellt die Effizienz einer Wärmepumpe im Hinblick auf den Heizbedarf dar. Ein höherer HSPF bedeutet eine bessere Heizleistung.

Faktor 4: Kältemitteltyp

Die Qualität von Kältemitteln hängt von ihrem Gefrierpunkt und ihrem GWP (Treibhauspotenzial) ab. In großen Anwendungen sind hauptsächlich zwei Kältemittel verfügbar: R32 und R410A. R32 ist aufgrund seines höheren Betriebsdrucks und seines niedrigeren GWP effizienter als R410A.

Faktor 5: Gerätekapazität

Eine allgemeine Formel, mit deren Hilfe Benutzer ihren Raumheizungsbedarf ermitteln können, lautet:

Quadratfuß multipliziert mit durchschnittlicher Deckenhöhe x gewünschte Temperatur x 135 = BTU pro Stunde

Dies ist jedoch nur eine stark vereinfachte Methode zur Berechnung des Kapazitätsbedarfs der Anlage. Es ist besser, einen HLK-Experten mit der Berechnung Ihrer extremen Wetterbedingungen zu beauftragen. Er kann auch die Raum- und Wassererwärmung in die Berechnungen einbeziehen, um ein besseres und genaueres Ergebnis zu erzielen.

Faktor 6: Anwendung

Planen Sie, Ihre Raumluft zu erwärmen oder abzukühlen? Oder benötigen Sie Fußbodenheizung, Brauchwasser, ein Schwimmbad oder andere Heiz- oder Kühlanforderungen? Sie müssen genau wissen, wie viel Klimatisierung Sie in Ihrem Gebäude benötigen. Möglicherweise müssen Sie einen HLK-Fachmann beauftragen, um Ihr System für Unternehmen genau zu berechnen und zu dimensionieren.

Die Installationsumgebung hat erhebliche Auswirkungen auf die Auswahl einer Wärmepumpe. Leistung, Komponenten und Stromverbrauch sind allesamt wichtige Faktoren bei der Planung eines HLK-Systems mit einer Wärmepumpe.

Lokale Gesetze und behördliche Vorschriften

Das Energieministerium (DOE) in den USA und der Europäischen Union (EU) kümmert sich um Vorschriften zur Effizienz von Klimaanlagen. Gemäß dem Energy Policy and Conservation Act von 1975 sorgt das DOE für die Einhaltung von Energie- und Wasserschutzstandards. Hier sind einige Auszüge aus den neuesten Vorschriften des DOE aus dem Jahr 2023:

• Im Norden installierte Klimaanlagen: 13,4 SEER2 (14 SEER)
• Im Süden installierte Klimaanlagen: 14,3 SEER2 (15 SEER)
• Im Südwesten installierte Klimaanlagen: 14,3 SEER2 (15 SEER) und 11,7 EER2 (12,2 EER)
• Landesweit installierte Wärmepumpen: 14,3 SEER2 (15 SEER) und 7,5 HSPF2 (8,8 HSPF)
• Das Montrealer Protokoll, ein internationales Abkommen, beschloss die vollständige Abschaffung von Kältemitteln des Typs R-22, um die Ozonschicht zu schützen und die globale Erwärmung zu reduzieren.
• Das Energieministerium fördert die Umstellung auf alternative Kühlmittel wie R-410A, R-32 und natürliche Kühlmittel.

Wartung und Pflege von elektrischen Inverter-Wärmepumpen

Die Lebensdauer Ihrer elektrischen Inverter-Wärmepumpe hängt von Wartung und Pflege ab. Um ihre maximale Leistung aufrechtzuerhalten, ist eine ständige Überwachung erforderlich.

Regelmäßige Reinigung und Inspektion

Hier sind einige Schritte, die Sie zu Hause unternehmen können, um sicherzustellen, dass Ihre Wärmepumpen im Innen- und Außengerät effizient arbeiten:

• Filter: Reinigen Sie regelmäßig den Filter Ihres Innengeräts. Staub kann sich auf dem Filter ansammeln und den Luftstrom behindern, was dazu führt, dass der Lüfter oder das Gebläse im Gerät mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, ohne Luft bewegen zu können.
• Verwenden Sie ein Gebläse: Einige Gebläse blasen Luft mit hoher Geschwindigkeit, wodurch der gesamte Staub aus den Lamellen Ihrer Außeneinheit sofort entfernt werden kann. Denken Sie nur daran, die Wärmepumpe vor der Reinigung auszuschalten.
• Kondensatablauf: Ein Rohr führt von Ihrem Innengerät nach außen. Reinigen Sie den Kondensatablauf regelmäßig, insbesondere im Sommer, da er verstopfen und Wasser im Gerät ansammeln und Schäden verursachen kann. Sie können mit einem Gebläse Luft durch das Abflussrohr blasen.
• Energiezähler: Schließen Sie einen Energiezähler an, um die Leistung Ihrer elektrischen Inverter-Wärmepumpe zu überwachen und sicherzustellen, dass der Stromverbrauch nicht drastisch gestiegen oder gefallen ist. In beiden Fällen deutet dies auf eine Anomalie im System hin.

Professionelle Wartung und regelmäßige Instandhaltung

Entscheiden Sie sich einmal im Jahr für eine professionelle Wartung und Routineinspektion. Dabei wird der Kältemitteldruck und der Zustand der Spulen überprüft, die Elektronik gereinigt, der Zustand des Kompressors überwacht, bewegliche Teile geschmiert, die Spulen mit Hochdruckreinigern gereinigt und der Thermostat getestet. Das wird Wunder für Ihre Wärmepumpe bewirken und ihre Langlebigkeit sicherstellen.

Fazit: Die Zukunft elektrischer Inverter-Wärmepumpen

Die Wärmepumpentechnologie wird ständig verbessert. Die Reise begann mit effizientem Kühlmittel, wechselstrombetriebenen Teilen und Nicht-Wechselrichtertechnologie. Heute reduzieren hocheffiziente Kühlmittel wie R-32 und R410A die globale Erwärmung und erhöhen die Effizienz. Gleichstromlüfter und -motoren regeln ihre Geschwindigkeit mithilfe der Wechselrichtertechnologie präzise, ​​um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten.

Die Verbesserungen haben zu einer besseren Umwelt und nachhaltigen Lösungen beigetragen. Angenommen, Sie suchen nach Ihrer nächsten Raumheizung oder -kühlung. In diesem Fall empfehlen wir eine elektrische Inverter-Wärmepumpe mit dem neuesten Kühlmittel für hohe Effizienz, Umweltfreundlichkeit und geringen Energieverbrauch.

Häufig gestellte Fragen

1. Wie schneidet eine Inverter-Wärmepumpe im Vergleich zu einer herkömmlichen Wärmepumpe hinsichtlich der Energieeffizienz ab?

Inverter-Wärmepumpen verwenden Gleichstrommotoren mit variabler Drehzahl, um die Temperatur präzise zu regeln. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen bieten sie eine um 20–30 % höhere Effizienz, was zu niedrigeren Energiekosten und einer besseren Umwelt führt.

2. Kann eine elektrische Inverter-Wärmepumpe in extrem kaltem Klima funktionieren?

Moderne elektrische Inverter-Wärmepumpen mit dem Kältemittel R-32 und Gleichstrom-Inverter-Technologie können bei einer Umgebungstemperatur von -12 °C heizen und verfügen über einen hohen Wirkungsgrad (COP) von bis zu 16.

3. Wie hoch ist die durchschnittliche Lebensdauer einer elektrischen Inverter-Wärmepumpe?

Eine ordnungsgemäß installierte elektrische Inverter-Wärmepumpe mit regelmäßiger Selbstinspektion und Wartung sowie professioneller jährlicher Wartung kann 15 bis 20 Jahre halten. Dies liegt an den geringeren thermischen Zyklen der Teile und der höheren Qualität der Komponenten.

4. Wie viel Wartung ist für eine Inverter-Wärmepumpe im Vergleich zu einer herkömmlichen Wärmepumpe erforderlich?

Eine herkömmliche Wärmepumpe kann mehr Wartung erfordern als eine elektrische Inverter-Wärmepumpe, da sie größeren Strom- und Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Die Ein- und Ausschaltzyklen führen bei herkömmlichen Wärmepumpen zu thermischer Ermüdung der Teile, während sich die Temperatur beim Inverter allmählich ändert.

5. Gibt es staatliche Anreize für die Installation energieeffizienter Inverter-Wärmepumpen?

Regierungen können Steuern auf energieeffiziente Inverter-Wärmepumpen senken, um deren Nutzung zu fördern. Sie können auch Rabatte und Zuschüsse anbieten, um sicherzustellen, dass die Technologie angenommen wird. Das Energieministerium (DOE) und die Europäische Union (EU) regulieren ebenfalls ineffiziente Systeme.