Variable Frequenz-Wärmepumpen unterscheiden sich von nicht-variable Frequenz-Wärmepumpen. Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen den beiden. Variable Frequenz-Wärmepumpen können sowohl in privaten Haushalten als auch in gewerblichen Einrichtungen eingesetzt werden. Der Inverter ist ein elektronisches Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. DC steht für Gleichstrom. Gleichstrom bezieht sich auf den Fluss von Ladung in eine Richtung oder einen unidirektionalen Fluss.
Beim Gleichstrom bewegt sich der Strom in einer gleichmäßigen Richtung. DC fließt nicht in verschiedenen Richtungen. Diese Art von Strom wird als Gleichstrom bezeichnet. AC steht für Wechselstrom. Wechselstrom ist ein Strom, der häufig seine Richtung umkehrt. AC kann auch seine Größe über die Zeit hinweg ändern. Dies unterscheidet ihn vom Gleichstrom. Die Spannung, Ausgangsspannung, Leistung und Frequenz einer variablen Frequenz-Wärmepumpe hängen vom Design der Wärmepumpe ab. Sie kann keine Energie von sich aus erzeugen.
Die Leistung des Geräts wird von einer Gleichstrom-Stromversorgung erzeugt. Die Gleichstrom-Stromversorgung der variablen Frequenz-Wärmepumpe muss stabil genug sein, um ausreichend Strom bereitzustellen. Wie funktioniert eine variable Frequenz-Wärmepumpe? Dieser Artikel wird das Funktionsprinzip im Detail erläutern.
Was ist eine variable Frequenz-Wärmepumpe?
Eine variable Frequenz-Wärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die energieeffiziente Technologie nutzt. Sie ist besonders nützlich, wenn Verbraucher ihren Energieverbrauch senken möchten. Variable Frequenz-Wärmepumpen können verschwenderische Leistung in Klimaanlagen eliminieren. Dies wird durch die Steuerung der Motorgeschwindigkeit erreicht. Auf diese Weise kann das Gerät die eingestellte Temperatur konstant halten.
Wie funktioniert eine Inverter-Wärmepumpen?
Funktionsweise der variablen Frequenz-Wärmepumpen
Variable Frequenz-Wärmepumpen können eine angenehme Temperatur erreichen. Die Temperatur einer variablen Frequenz-Wärmepumpe kann präzise eingestellt werden. Diese Wärmepumpen sind auch eine hervorragende Möglichkeit, teure Energiekosten für Häuser oder Arbeitsplätze zu sparen und sie in den kalten Wintermonaten warm zu halten. In den trockenen, feuchten und heißen Sommermonaten können sie zudem für angenehme Kühle im Innenbereich sorgen. Variable Frequenz-Wärmepumpen gibt es in Ausführungen mit und ohne Kanäle. Modelle mit Kanälen sind eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Klimaanlagen- und Heizsystemen. Die Betriebsleistung von Kanalsystemen variabler Frequenz-Wärmepumpen beträgt 100 %.
Kanalsysteme variabler Frequenz-Wärmepumpen können mit voller Leistung arbeiten, da sie auch bei niedrigen Außentemperaturen betrieben werden können. Das Heizsystem innerhalb der Kanalsysteme funktioniert im Heizmodus. Der Heizmodus ist kostengünstig. Kanalsysteme variabler Frequenz-Wärmepumpen sind mit variablen Drehzahlkompressoren ausgestattet, die zur Steuerung des Energieverbrauchs des Systems eingesetzt werden können. Studien haben gezeigt, dass Kanalsysteme variabler Frequenz-Wärmepumpen den Energieverbrauch um 35 % senken können. Sie sind mit Kompressordämpfern ausgestattet, die das Gerät nach der Installation des Dämpfers leiser machen.
Gerätelose, variable Frequenz-Wärmepumpen sind bekannt für ihr Mini-Split-System. Das Mini-Split-System in gerätelosen variablen Frequenz-Wärmepumpen ermöglicht es den Nutzern, die Temperatur in einzelnen Räumen oder Bereichen zu steuern. Sie verfügen über Kältemittelleitungen. Gerätelose, variable Frequenz-Wärmepumpen haben einen Außekompressor und einen Innengenerator. Der Innengenerator ist über Kältemittelleitungen verbunden. Diese Leitungen übertragen das Kältemittel. Das Kältemittel in den gerätelosen, variablen Frequenz-Wärmepumpen ist die Flüssigkeit, die im Kältekreislauf verwendet wird. Es wird zwischen den Einheiten im Mini-Split-System transportiert.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit variabler Frequenz?
Wärmepumpen mit variabler Frequenz haben mehrere Betriebsmodi. Sie verwenden einen variablen Drehzahlkompressor (auch als Rotationskompressor bekannt), dessen Drehzahl sich im Laufe des Tages ändert. Wenn eine Wärmepumpe mit variabler Frequenz und einem variablen Drehzahlkompressor verwendet wird, wird die Drehzahl erhöht oder verringert. Dies geschieht, um die Heizlast im Gebäude abzugleichen. Die Drehzahl des Kompressors wird durch Veränderungen der Außentemperatur beeinflusst.
Bei einer Wärmepumpe mit variabler Frequenz entziehen diese Geräte der Außenluft Wärme. Durch diese tägliche Nutzung kann das Gerät das Gebäude im Winter beheizen. Im Sommer entfernen diese Wärmepumpen Wärme aus dem Gebäude und können die Luft kühlen. Dadurch wird der Energieverbrauch im Kältemittelkreislauf reduziert.
Im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe mit variabler Frequenz läuft der Kreislauf mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Dies hängt von der Temperatur und der Heizlast ab. Während des Kreislaufs passt die Wärmepumpe mit variabler Frequenz die Geschwindigkeit des Kreislaufs an. Wenn weniger Wärmeanforderungen und niedrigere Temperaturen vorliegen, reduziert die Wärmepumpe mit variabler Frequenz die Leistung. Dies hilft, den Energieverbrauch der Komponenten zu begrenzen und die Anzahl der erforderlichen Startzyklen für das Kältemittel zu verringern.
Der Rotationskompressor einer Wärmepumpe mit variabler Frequenz kann in einem Bereich von 0-100 % betrieben werden. Der Lüftermotor innerhalb der Wärmepumpe kann ebenfalls im Bereich von 0-100 % arbeiten. 100 % ist der Höchstwert, bei dem der Rotationskompressor und der Lüftermotor betrieben werden können. Die minimale Betriebsdrehzahl des Rotationskompressors und des Lüftermotors liegt bei 20 %. Dies hängt jedoch vom Hersteller und den verwendeten Komponenten der Wärmepumpe mit variabler Frequenz ab. Wärmepumpen mit variabler Frequenz verwenden Gleichstrom. Die Gleichstromversorgung der Wärmepumpen mit variabler Frequenz nutzt eine Sinuswelle. Eine Sinuswelle ist eine konstante Welle.
Um Gleichstrom zu verwenden, nutzen Wärmepumpen mit variabler Frequenz einen Gleichrichter. Ein Gleichrichter ist ein Gerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Nach der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom wird dieser Gleichstrom auf variable Frequenz und Spannung umgestellt. Die meisten Wärmepumpen mit variabler Frequenz sind mit einem Enhanced Vapor Injection (EVI)-Kompressor ausgestattet. EVI steht für Enhanced Vapor Injection. Enhanced Vapor Injection erweitert den Bereich des Heizzyklus. Sie kann auch bei niedrigeren Außentemperaturen betrieben werden. Wärmepumpen mit variabler Frequenz nutzen außerdem ein elektronisches Expansionsventil (EEV). Das EEV steuert den Fluss des Kältemittels in den Verdampfer. Dies wird erreicht, indem der Kältemittelfluss präzise gesteuert wird. Das elektronische Expansionsventil wird auch als Flussregelgerät bezeichnet. Es hilft, den Druck der Flüssigkeit in der Nähe des Ventils zu reduzieren, sodass die Flüssigkeit verdampfen kann.
Nach der Verdampfung sinkt die Temperatur des Kältemittels. Das elektronische Expansionsventil kann jedoch eine übermäßige Bewegung des Kältemittelflusses erzeugen. Wenn dies geschieht, wird Überhitzung (Superheizung) beobachtet. Um die Menge an Überhitzung zu berechnen, wird die Saugseitentemperatur des Kompressors in der Umkehrwärmepumpe von der Verdampfungstemperatur subtrahiert. Das elektronische Expansionsventil hat Temperaturfühler eingebaut. Ein zweiter Fühler ist am Ausgang des Verdampfers installiert. Diese beiden Fühler berechnen den Überhitzungswert.
Die Hauptkomponenten des elektronischen Expansionsventils umfassen einen Permanentmagneten und eine Kupferspule. Diese befinden sich im Inneren des Schrittmotors. Der Motor befindet sich oben am elektronischen Expansionsventil. Hier wird das Magnetfeld erzeugt. Der Schrittmotor ist mit der Welle verbunden. Die Welle ist mit dem Gewinde verbunden. Wenn das Magnetfeld erzeugt wird, drückt die Welle das Gewinde voran. Nachdem das Gewinde vorgeschoben wurde, wird das benötigte Gewinde in den Ventilsitz eingeführt. Der Ventilsitz befindet sich im Inneren des elektronischen Expansionsventils. Die Technologie, die im elektronischen Expansionsventil verwendet wird, stammt aus Ländern wie Europa.
Vergleich zwischen Wärmepumpen mit variabler Frequenz und Wärmepumpen ohne variable Frequenz
Es gibt Unterschiede zwischen Wärmepumpen ohne variable Frequenz (auch als On/Off-Wärmepumpen bekannt) und Wärmepumpen mit variabler Frequenz. Im Gegensatz zu Wärmepumpen mit variabler Frequenz können Wärmepumpen ohne variable Frequenz die Energieabgabe nicht steuern. Daher hat der Motor, der in Wärmepumpen ohne variable Frequenz betrieben wird, zwei Betriebsarten. Die beiden Betriebsmodi von On/Off-Wärmepumpen sind volle Geschwindigkeit und Stopp. Während des normalen Betriebs läuft der Motor einer On/Off-Wärmepumpe mit voller Geschwindigkeit. Wenn die Temperatur im Gebäude oder Raum ein bestimmtes gewünschtes Niveau erreicht, stoppt der Motor. Da der Motor einer Wärmepumpe ohne variable Frequenz den ganzen Tag über wiederholt startet und stoppt, verbraucht er mehr Energie.
Wärmepumpen mit variabler Frequenz können Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln
und diesen dann mittels eines Gleichrichters in variable Frequenz und Spannung umwandeln. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung der Motorspeed und der Energieabgabe. Die meisten Wärmepumpen mit variabler Frequenz sind mit fortschrittlichen Funktionen wie EVI-Kompressoren und elektronischen Expansionsventilen ausgestattet, um ihre Leistung zu optimieren.
Wärmepumpen mit variabler Frequenz bieten mehrere Vorteile gegenüber Wärmepumpen ohne variable Frequenz. Ein wesentlicher Vorteil ist die Fähigkeit, die Heiz- oder Kühlkapazität je nach tatsächlichem Bedarf zu modulieren. Durch die Anpassung der Motoren-Geschwindigkeit und des Kältemittelflusses können Wärmepumpen mit variabler Frequenz die benötigte Heiz- oder Kühlleistung genauer abgleichen, was zu einer verbesserten Energieeffizienz und einem höheren Komfort führt.
Im Gegensatz dazu arbeiten Wärmepumpen ohne variable Frequenz mit voller Kapazität, wenn sie laufen, und schalten sich vollständig ab, wenn sie nicht benötigt werden. Dieses On/Off-Schalten kann zu Temperaturschwankungen und ineffizientem Energieverbrauch führen. Das häufige Starten und Stoppen des Motors belastet zudem die Komponenten stärker, was ihre Lebensdauer verringern kann.
Wärmepumpen mit variabler Frequenz bieten eine präzisere Temperaturregelung, die es den Nutzern ermöglicht, eine komfortable Raumtemperatur zu halten. Sie können die Temperatureinstellungen mit größerer Flexibilität und Genauigkeit anpassen, was den optimalen Komfort bei gleichzeitig minimiertem Energieverbrauch gewährleistet. Zusätzlich tragen Wärmepumpen mit variabler Frequenz zur Energieeinsparung bei, indem sie den Stromverbrauch während Phasen mit geringer Nachfrage reduzieren.
Insgesamt hat die Verwendung der variablen Frequenztechnologie in Wärmepumpen die Branche revolutioniert, indem sie eine höhere Energieeffizienz, verbesserten Komfort und bessere Leistung bietet. Sie ermöglicht dynamische Anpassungen basierend auf den realen Bedingungen, was zu erheblichen Energieeinsparungen und einem nachhaltigeren Ansatz für Heizung und Kühlung führt.
Wärmepumpen mit variabler Frequenz sind aufgrund ihrer Energieeinsparfähigkeiten und verbesserten Leistung zunehmend in Wohn- und Gewerbeanwendungen beliebt. Hier sind einige zusätzliche Details zu ihrer Funktionsweise und den Vorteilen:
- Verbesserte Energieeffizienz: Wärmepumpen mit variabler Frequenz zeichnen sich durch eine höhere Energieeffizienz im Vergleich zu Wärmepumpen ohne variable Frequenz aus. Durch die Anpassung der Motorengeschwindigkeit und der Ausgangskapazität an die Heiz- oder Kühlanforderungen können sie Energieverschwendung, die mit häufigem On/Off-Schalten verbunden ist, vermeiden. Diese Modulation der Energieabgabe hilft, eine präzise Temperaturregelung zu erreichen und den Gesamtenergieverbrauch zu senken.
- Optimaler Komfort: Die Möglichkeit, die Temperatureinstellungen fein abzustimmen, macht Wärmepumpen mit variabler Frequenz ideal für die Aufrechterhaltung eines komfortablen Raumklimas. Sie liefern eine gleichmäßige und konstante Heiz- oder Kühlleistung, minimieren Temperaturschwankungen und schaffen so ein angenehmes Wohn- oder Arbeitsumfeld.
- Reduzierte Betriebskosten: Dank ihrer energieeinsparenden Eigenschaften können Wärmepumpen mit variabler Frequenz die Heiz- und Kühlkosten erheblich senken. Durch effizienteren Energieeinsatz und die Anpassung an wechselnde Lastanforderungen helfen sie Hausbesitzern und Unternehmen, langfristig Geld bei den Energiekosten zu sparen.
- Leiser Betrieb: Wärmepumpen mit variabler Frequenz sind darauf ausgelegt, bei niedrigeren Geräuschpegeln zu arbeiten als Wärmepumpen ohne variable Frequenz. Der variabel arbeitende Kompressor und der Lüftermotor tragen zu einem insgesamt leiseren Betrieb bei, was den Komfort und die Ruhe im Innenraum erhöht.
- Längere Lebensdauer: Der kontrollierte und optimierte Betrieb von Wärmepumpen mit variabler Frequenz kann dazu führen, dass die Systemkomponenten weniger abgenutzt werden. Die Vermeidung häufiger On/Off-Zyklen und die genauere Anpassung an die Lastanforderungen tragen zu einer längeren Lebensdauer des Wärmepumpensystems bei, was die Wartungs- und Ersatzkosten senkt.
- Umweltvorteile: Durch die effizientere Nutzung von Energie helfen Wärmepumpen mit variabler Frequenz, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Umwelt nachhaltiger zu gestalten. Sie bieten eine umweltfreundlichere Alternative für Heiz- und Kühlbedürfnisse und leisten einen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels sowie zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks.
Zusammenfassend bieten Wärmepumpen mit variabler Frequenz zahlreiche Vorteile gegenüber Wärmepumpen ohne variable Frequenz, darunter eine verbesserte Energieeffizienz, optimalen Komfort, reduzierte Betriebskosten, leiseren Betrieb, längere Lebensdauer und Umweltvorteile. Diese Eigenschaften haben sie zu einer bevorzugten Wahl für sowohl Wohn- als auch Gewerbeanwendungen gemacht und bieten effiziente und nachhaltige Lösungen für Heizung und Kühlung.