Effiziente Wärmepumpe? Eine Frage der Chemie

Wärmepumpen haben Hochkonjunktur: Das behauptet Assoclima, der italienische Verband der Hersteller von Klimatisierungssystemen. Die Ende September 2022 verzeichneten prozentualen Zuwächse erreichten +108,2% beim Volumen und +126,9% beim Wert. Dieser Trend steht im Einklang mit REPowerEU, dem Plan der Europäischen Union, die Zahl der Wärmepumpeneinheiten in den nächsten fünf Jahren zu verdoppeln.

Hinter dieser Entwicklung steht natürlich die Notwendigkeit, den Anstieg der Energiepreise, der für viele Unternehmen und Privatpersonen untragbar geworden ist, so weit wie möglich einzudämmen, und zwar zugunsten einer Energiewende, die darauf abzielt, die Abhängigkeit Europas von fossilen Brennstoffen zu verringern.

Es ist jedoch gut, daran zu denken, dass es nicht ausreicht, den alten Methankessel durch eine moderne Wärmepumpe zu ersetzen, um das Problem der teuren Energie zu lösen. Letztere sind zwar zweifellos die effizienteste Alternative, die derzeit auf dem Markt erhältlich ist, doch ist zu bedenken, dass diese Investition durch zukunftsorientierte Entscheidungen und geplante Wartung langfristig geschützt werden muss.

Aber was bedeutet es, eine Wärmepumpe zu warten?

Zunächst einmal ist es wichtig, das System nicht nur als eine Reihe von mechanischen Komponenten zu betrachten. Auch das Kältemittelgas und das Schmiermittel tragen zum Betrieb der Wärmepumpen bei und spielen eine ganz besondere Rolle.

Das Kältemittelgas hat die Aufgabe, Wärmeenergie innerhalb des Systems zu transportieren: Durch zyklische Kondensations- und Verdampfungsprozesse geht es kontinuierlich vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über und strömt innerhalb der Rohrleitungen, was den Wärmeaustausch und die Abgabe von warmer (bzw. kalter) Luft an den Raum fördert.

Das Schmiermittel hingegen hat nicht nur die offensichtliche Aufgabe, die beweglichen Teile des Kompressors ausreichend zu schmieren, sondern ist auch für die Abfuhr der durch die Verdichtung des Kältemittels erzeugten Wärme und damit für die Kühlung der inneren Bauteile, die bei normalem Betrieb der Anlage sehr hohe Temperaturen erreichen können, unerlässlich.

Da es sich bei beiden um chemische Elemente handelt, ist es natürlich und physiologisch, dass sie während des normalen Betriebs des Systems einen Zersetzungsprozess durchlaufen, der eine Reihe von schädlichen Reaktionen hervorruft, die durch eine sorgfältige und konstante Wartung verhindert werden könnten.

Wärmepumpen: Verständnis ihrer Chemie zur Vermeidung von Ausfällen und Effizienzverlusten

Zu den Hauptursachen für eine geringere Effizienz von Wärmepumpen gehören Ölverschmutzung, Kältemittellecks, Feuchtigkeits- und Säurebildung sowie Schmutzablagerungen auf den Lamellenregistern.

1. Ölverschmutzung

Hierbei handelt es sich um das Phänomen, dass sich Anteile des Kompressoröls an den Innenwänden der Verdampfer- und Verflüssigerleitungen ablagern und so den Wärmeaustausch und damit die Effizienz des Systems verringern.

2. Kältemittelgaslecks

Die Anwesenheit von Mikrorissen führt zur Dispersion von Kältemittelgas in der Luft und zu einem erhöhten Energieaufwand der Wärmepumpe. Diese Mikrorisse können durch nachlässig ausgeführte Schweißnähte, Porosität in den Rohrleitungen des Systems und, wie wir im nächsten Abschnitt erläutern werden, durch Korrosion verursacht werden. Unabhängig von der Ursache ist es wichtig, diese umgehend zu beheben: Dadurch wird nicht nur die Effizienz der Wärmepumpe erhöht, sondern auch die Freisetzung von umweltschädlichen Kältemittelgasen in die Atmosphäre verhindert, die die Hauptursache für den Treibhauseffekt und das Ozonloch sind.

3. Säure und Feuchtigkeit

Die in den Rohrleitungen der Wärmepumpe zirkulierende Feuchtigkeit wird durch mehrere Faktoren verursacht. Denken Sie zunächst an den natürlichen Feuchtigkeitsgehalt des Kältemittelgases und des Schmiermittels in der Anlage oder an den Restfeuchtigkeitsgehalt der Anlage bei der Installation. Außerdem ist zu bedenken, dass sich im Laufe der Zeit in funktionierenden Systemen unweigerlich weitere Feuchtigkeit ansammelt. Einerseits neigt der zur Entfernung der Feuchtigkeit eingesetzte Filtertrockner dazu, gesättigt zu werden und damit seine Wirksamkeit zu verlieren; andererseits neigt das Öl durch seine Alterung dazu, neue Feuchtigkeit zu bilden, oder, was noch schlimmer ist, das Vorhandensein von Lecks im System führt zum Eindringen von Luft von außen.

Durch das Zusammentreffen dieser überschüssigen Feuchtigkeit mit den Nebenprodukten der natürlichen Zersetzung der verwendeten Kühlgase und Schmierstoffe entstehen organische Säuren, Kohlensäure, Salzsäure und Flusssäure, die wiederum zur Korrosion von Gummi- und Metallteilen und langfristig zur Bildung von Kühlgaslecks führen.

4. Schmutz auf gerippten Wärmetauschern

Verdampfer und Verflüssiger bestehen aus gerippten Wärmetauschern, d. h. aus Metallrippen, zwischen denen sich Schmutz verschiedener Art ablagert und ansammelt: Fett, Staub, Pollen, Blätter, Schutt, aber auch Smog und Salzverkrustungen, vor allem bei Außengeräten, die in Küstengebieten oder besonders verschmutzten Gebieten installiert sind. Diese Schmutzablagerungen verringern die Effizienz von Wärmepumpen drastisch, da sie wie eine echte Barriere wirken und den Wärmeaustausch in Verdampfern und Kondensatoren blockieren. Im letzteren Fall blockieren die Verunreinigungen die vom Kältemittelgas beim Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand freigesetzte Wärme; im Falle von Schmutzansammlungen an den Verdampfern wird dagegen die beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand erzeugte Wärme blockiert. Eine verschmutzte Wärmepumpe braucht daher länger, um die gewünschte Temperatur zu erreichen, und verbraucht mehr Energie.

Seit mehr als 20 Jahren arbeitet Errecom mit OEMs in der Industrie zusammen und untersucht diese Phänomene und Probleme nicht nur, um sie zu lösen, sondern auch um sie zu vermeiden. In Anbetracht der Tatsache, dass der Trend eine Verdreifachung des Energiebedarfs von Klimaanlagen bis zum Jahr 2050 voraussagt, und der zunehmenden Bedeutung von Wärmepumpen auf dem Markt, besteht kein Zweifel daran, dass die große Anstrengung, die in der HLK-Welt unternommen werden muss, genau darin besteht: Das Bewusstsein für die in Wärmepumpen auftretenden chemischen Reaktionen zu schärfen und sie mit professionellen und zertifizierten Produkten zu verhindern. Nur so ist es möglich, nicht nur die Effizienz aufrechtzuerhalten und die hohen Energiepreise zu bekämpfen, sondern auch die Anlagen in einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Weise zu nutzen.