Verdampfer Wärmepumpe: Funktion, Vereisung und Wartung 2026
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- Thermodynamische Eingangs-Komponente: Verdampfer extrahiert 5-15 kW Umweltenergie aus Luft/Erdreich/Grundwasser durch Kältemittel-Verdampfung bei -10 bis +15°C und 3-8 bar Niederdruck
- COP-Dominanz durch Verdampfungs-Temperatur: Jedes Kelvin höhere Verdampfung steigert System-COP um 2,5-3% durch reduzierten Verdichter-Druckhub
- Vereisung Luft-Verdampfer kritisch: Bei -2 bis +5°C Außentemperatur blockiert 2-10 mm Eis 30-80% Luftstrom, senkt Heizleistung um 40-70%
- Abtau-Energie-Verlust 8-15%: Automatische Heißgas-Abtauung alle 30-90 Minuten (3-8 Min. Dauer) reduziert JAZ um 12-18% im Winter
- Verschmutzung senkt COP 15-35%: Staub/Pollen 0,5-3 mm jährlich (Luft) oder Kalk 0,2-0,6 mm/Jahr (Wasser) ohne Wartung
- Wartung essentiell 150-300 EUR/Jahr: Jährliche Luft-Verdampfer-Reinigung oder 2-4 Jahre Entkalkung erhält Effizienz über 20-30 Jahre
- Bauarten nach Wärmequelle: Lamellen-Rohr 15-35 m² (Luft), Plattenwärmetauscher 40-80 kW/m³ (Sole), Koaxial 2-6 m (Wasser)
- Defekt-Austausch 1.600-3.500 EUR: Kältemittel-Leckage durch Korrosion/Vibration rechtfertigt intensive Wartungs-Investition
Der Verdampfer bildet thermodynamisches Eingangstor im Kältekreislauf jeder Wärmepumpe zur Umweltenergie-Extraktion durch Kältemittel-Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig bei minus 10 bis plus 15 Grad Celsius Verdampfungs-Temperatur und 3 bis 8 bar Niederdruck. Die Wärmeaufnahme von 5 bis 15 Kilowatt bei Einfamilienhaus-Anlagen ermöglicht Verdampfung mit 200 bis 400 Kilojoule pro Kilogramm spezifischer Verdampfungswärme. Die Verdampfungs-Temperatur dominiert System-COP fundamental: Jedes Kelvin höhere Verdampfung steigert Effizienz um 2,5-3% durch reduzierten Verdichter-Druckhub. Die Vereisung bei Luft-Verdampfern (-2 bis +5°C, >70% Luftfeuchtigkeit) blockiert 30-80% Luftstrom bei 2-10 mm Eis-Dicke und senkt Heizleistung um 40-70%. Automatische Abtau-Zyklen alle 30-90 Minuten verbrauchen 8-15% Energie und reduzieren JAZ um 12-18% im Winter-Betrieb.
Wie funktioniert der Verdampfer im Kältekreislauf?
Der Verdampfer empfängt flüssiges Kältemittel vom Expansionsventil nach Druckreduzierung von 18-30 bar Hochdruck auf 3-8 bar Niederdruck für Phasenwechsel-Einleitung.
Thermodynamischer Prozess: Wärmeaufnahme durch Verdampfung
Eingangs-Bedingungen nach Expansionsventil:
Druck-Reduzierung: 18-30 bar → 3-8 bar (Entspannung)
Temperatur-Absenkung: Kältemittel auf -10 bis +10°C
Aggregatzustand: Gemisch 10-25% Dampf + 75-90% Flüssigkeit (Flashgas)
Strömungs-Richtung: Eingang Verdampfer → Wärmetauscher-Kanäle
Temperatur-Absenkung: Kältemittel auf -10 bis +10°C
Aggregatzustand: Gemisch 10-25% Dampf + 75-90% Flüssigkeit (Flashgas)
Strömungs-Richtung: Eingang Verdampfer → Wärmetauscher-Kanäle
Wärmeübergang-Mechanismus:
Die Wärmequelle (Luft/Sole/Wasser) mit höherer Temperatur durchströmt Gegenseite des Wärmetauschers. Temperaturdifferenz 3-12 Kelvin zwischen Quelle und Kältemittel treibt Wärmeübergang durch Metall-Wand (Kupfer/Aluminium/Edelstahl).
Verdampfungs-Prozess detailliert:
| Phase | Längen-Anteil | Temperatur-Verhalten | Wärmeaufnahme |
|---|---|---|---|
| Eintritt Flashgas | 0-10% | Kältemittel-Kühlung 2-3 K | Sensible Wärme |
| Verdampfung aktiv | 10-70% | Konstante Siedetemperatur | Latente Wärme (Hauptteil) |
| Tröpfchen-Verdampfung | 70-90% | Leicht steigend 1-2 K | Restliche Verdampfung |
| Gas-Überhitzung | 90-100% | Steigend 3-10 K | Sensible Wärme Gas |
Verdampfungswärme-Aufnahme:
Spezifische Verdampfungswärme: 200-400 kJ/kg (kältemittel-abhängig)
R32: ~390 kJ/kg bei 0°C
R290 (Propan): ~425 kJ/kg bei 0°C
R410A: ~270 kJ/kg bei 0°C
R32: ~390 kJ/kg bei 0°C
R290 (Propan): ~425 kJ/kg bei 0°C
R410A: ~270 kJ/kg bei 0°C
Beispiel 8 kW Wärmepumpe COP 4,0:
- Elektrische Leistung: 2 kW
- Heizleistung: 8 kW
- Verdampfer-Leistung: 6 kW (8 kW - 2 kW)
- Kältemittel-Massenstrom: ~0,015-0,025 kg/s
Überhitzung zur Verdichter-Sicherheit:
Das vollständig verdampfte Gas erwärmt sich im letzten Verdampfer-Abschnitt um Überhitzung 3-10 Kelvin über Siedepunkt. Diese Überhitzung garantiert:
✅ Ausschließlich gasförmiger Zustand (keine flüssigen Tropfen)
✅ Verdichter-Schutz vor Flüssigkeits-Schlag (Kompressor-Schaden-Vermeidung)
✅ Expansionsventil-Regelung (Überhitzungs-Sensor-Signal)
✅ Effizienz-Optimum (zu wenig = Flüssigkeits-Risiko, zu viel = verschenkte Verdampfer-Fläche)
✅ Verdichter-Schutz vor Flüssigkeits-Schlag (Kompressor-Schaden-Vermeidung)
✅ Expansionsventil-Regelung (Überhitzungs-Sensor-Signal)
✅ Effizienz-Optimum (zu wenig = Flüssigkeits-Risiko, zu viel = verschenkte Verdampfer-Fläche)
Ausgangs-Bedingungen zum Verdichter:
Temperatur: 0-15°C (überhitztes Gas)
Druck: 3-8 bar (Niederdruck-Niveau)
Aggregatzustand: 100% gasförmig
Strömungs-Geschwindigkeit: 3-8 m/s
Druck: 3-8 bar (Niederdruck-Niveau)
Aggregatzustand: 100% gasförmig
Strömungs-Geschwindigkeit: 3-8 m/s
Einfluss Verdampfungs-Temperatur auf System-COP
Die Verdampfungs-Temperatur bestimmt Verdichter-Druckhub und damit Stromverbrauch kausal – fundamentaler Effizienz-Hebel.
Druckverhältnis-Physik:
Verdichter komprimiert von Niederdruck (Verdampfung) auf Hochdruck (Kondensation). Das Druckverhältnis π = P_Hochdruck / P_Niederdruck dominiert Verdichter-Arbeit.
Kompressionsarbeit steigt exponentiell mit Druckverhältnis:
W_Kompression ∝ (π)^0,286 für idealen Prozess
Reale Verdichter: W ∝ (π)^0,35 bis 0,45
Reale Verdichter: W ∝ (π)^0,35 bis 0,45
Sole-Wasser-WP versus Luft-Wasser-WP Vergleich:
Sole-Wasser-WP (Erdreich-Vorteil):
| Parameter | Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| Sole-Temperatur | 8°C (ganzjährig stabil) | Wärmequelle |
| Verdampfungs-Temp. | 3-5°C | Kältemittel-Siedepunkt |
| Niederdruck | 5-7 bar | R32/R410A |
| Vorlauf-Temperatur | 45°C | Heizkreis |
| Hochdruck | 22-25 bar | Kondensation |
| Druckverhältnis π | 3,5-4,5:1 | Niedrig = effizient |
| COP erreicht | 4,8-5,2 | Exzellent |
Luft-Wasser-WP (Winter-Nachteil):
| Parameter | Wert Winter -5°C | Bedeutung |
|---|---|---|
| Außenluft-Temperatur | -5°C | Wärmequelle schwach |
| Verdampfungs-Temp. | -10 bis -8°C | 5 K Temperaturdifferenz nötig |
| Niederdruck | 3-4 bar | Niedriger Druck |
| Vorlauf-Temperatur | 50°C | Heizkreis höher im Winter |
| Hochdruck | 24-27 bar | Kondensation höher |
| Druckverhältnis π | 6,5-8,0:1 | Hoch = ineffizient |
| COP erreicht | 2,8-3,2 | 40-50% höherer Stromverbrauch |
COP-Steigerung pro Kelvin höherer Verdampfung:
Empirische Regel: +2,5-3% COP pro +1 K Verdampfung
Praktisches Beispiel:
- Basis: Verdampfung -5°C, COP 3,0
- Nach Optimierung: Verdampfung 0°C (+5 K)
- Neuer COP: 3,0 × (1 + 0,028 × 5) = 3,42 (+14% Effizienz!)
Verschmutzungs-Auswirkung auf Verdampfung:
| Verschmutzung | Verdampfungs-Temperatur-Absenkung | COP-Verlust |
|---|---|---|
| 1 mm Staub Luft-Verdampfer | -1 bis -3 K | -3 bis -8% |
| 3 mm Eis Luft-Verdampfer | -3 bis -6 K | -8 bis -18% |
| 2 mm Kalk Wasser-Verdampfer | -2 bis -4 K | -5 bis -12% |
| 1 mm Biofilm Sole-Verdampfer | -1 bis -2 K | -3 bis -6% |
Praktische Konsequenz: Verdampfer-Sauberkeit dominiert JAZ direkt und rechtfertigt intensive Wartungs-Investition 150-300 EUR/Jahr.
Welche Verdampfer-Bauarten gibt es nach Wärmequelle?
Die Verdampfer-Konstruktion optimiert Wärmeübergang spezifisch für Luft (große Oberfläche), Sole (Kompaktheit) oder Wasser (Robustheit).
Lamellen-Rohr-Wärmetauscher für Luft-Verdampfer
Konstruktions-Prinzip:
Kupfer-Rohre: 8-12 mm Außendurchmesser, mäandernd durch Lamellen-Paket
Aluminium-Lamellen: 0,1-0,2 mm Dicke, Abstand 1,5-3 mm
Oberflächen-Vergrößerung: 15-35 m² für 6-12 kW Kälteleistung
Lamellen-Funktion: Kompensation niedrigen Luft-Wärmeübergangs
Aluminium-Lamellen: 0,1-0,2 mm Dicke, Abstand 1,5-3 mm
Oberflächen-Vergrößerung: 15-35 m² für 6-12 kW Kälteleistung
Lamellen-Funktion: Kompensation niedrigen Luft-Wärmeübergangs
Wärmeübergangs-Koeffizient Vergleich:
| Medium | Wärmeübergang α [W/m²K] | Oberflächen-Bedarf |
|---|---|---|
| Luft natürliche Konvektion | 8-15 | Sehr groß (30-50 m²) |
| Luft forcierte Konvektion | 30-60 | Groß (15-35 m²) |
| Wasser/Sole | 500-2.000 | Klein (1-3 m²) |
Ventilator-forcierte Konvektion:
Axial-Ventilator: 200-600 W elektrische Leistung
Luft-Volumenstrom: 1.500-3.500 m³/h
Luft-Geschwindigkeit: 2-4 m/s durch Lamellen
Luft-Abkühlung: 3-8 K beim Durchströmen
Luft-Volumenstrom: 1.500-3.500 m³/h
Luft-Geschwindigkeit: 2-4 m/s durch Lamellen
Luft-Abkühlung: 3-8 K beim Durchströmen
Beispiel Winter -5°C Außentemperatur, 6 kW Kälteleistung:
Luft-Eintritt: -5°C
Verdampfer-Oberfläche: -10 bis -13°C (5-8 K Temperaturdifferenz)
Luft-Austritt: -10 bis -12°C (Abkühlung 5-7 K)
Erforderlicher Volumenstrom: ~2.000 m³/h
Verdampfer-Oberfläche: -10 bis -13°C (5-8 K Temperaturdifferenz)
Luft-Austritt: -10 bis -12°C (Abkühlung 5-7 K)
Erforderlicher Volumenstrom: ~2.000 m³/h
Microchannel-Technologie (MCHE) Evolution:
Traditionelle Rohr-Lamellen werden ersetzt durch:
Aluminium-Flachrohr: 1-3 mm Höhe
Kanal-Breite: 0,5-1 mm (mehrere parallele Kanäle)
Kältemittel-Füllmenge: -30 bis -50% (0,8-1,5 kg statt 1,5-3 kg)
Material-Kosten: -150 bis -400 EUR Ersparnis
COP-Verbesserung: +3 bis +8%
Kanal-Breite: 0,5-1 mm (mehrere parallele Kanäle)
Kältemittel-Füllmenge: -30 bis -50% (0,8-1,5 kg statt 1,5-3 kg)
Material-Kosten: -150 bis -400 EUR Ersparnis
COP-Verbesserung: +3 bis +8%
MCHE Nachteil:
⚠️ Engere Spalten = höhere Verschmutzungs-Anfälligkeit
⚠️ Reinigungs-Frequenz: Alle 6 Monate statt jährlich
⚠️ Hochdruck-Reinigung riskanter (Kanal-Beschädigung)
⚠️ Reinigungs-Frequenz: Alle 6 Monate statt jährlich
⚠️ Hochdruck-Reinigung riskanter (Kanal-Beschädigung)
Plattenwärmetauscher für Sole-Verdampfer
Konstruktions-Prinzip Kompaktheit:
Edelstahl-Platten: 15-40 Stück gestapelt, 0,5-1 mm Dicke
Wellen-Struktur: Erzeugt turbulente Strömung
Spalt-Breite: 3-6 mm zwischen Platten
Gegenstrom-Prinzip: Sole ↔ Kältemittel optimal
Wellen-Struktur: Erzeugt turbulente Strömung
Spalt-Breite: 3-6 mm zwischen Platten
Gegenstrom-Prinzip: Sole ↔ Kältemittel optimal
Sole-Zusammensetzung:
Glykol-Anteil: 25-35% (Frostschutz bis -15°C)
Alternative: Salz-Lösung 2-3% (CaCl₂)
Temperatur-Bereich: -5 bis +3°C (ganzjährig stabil)
Durchfluss: 1.500-3.000 L/h
Alternative: Salz-Lösung 2-3% (CaCl₂)
Temperatur-Bereich: -5 bis +3°C (ganzjährig stabil)
Durchfluss: 1.500-3.000 L/h
Wärmeübergang turbulent optimiert:
Wellen erzeugen turbulente Strömung (Reynolds-Zahl >3.000)
Wärmeübergangs-Koeffizient: 800-2.000 W/m²K
Leistungsdichte: 40-80 kW/m³ (versus 15-25 kW/m³ Rohr)
Wärmeübergangs-Koeffizient: 800-2.000 W/m²K
Leistungsdichte: 40-80 kW/m³ (versus 15-25 kW/m³ Rohr)
Kompaktheit-Vorteil:
8 kW Verdampfer: 25 × 15 × 8 cm Abmessungen
Kältemittel-Füllmenge: 0,8-2 kg
Einbau-Raum: Minimal (wertvoll im Keller/Technikraum)
Kältemittel-Füllmenge: 0,8-2 kg
Einbau-Raum: Minimal (wertvoll im Keller/Technikraum)
Kosten versus Effizienz:
| Aspekt | Plattenwärmetauscher | Rohr-Konstruktion | Differenz |
|---|---|---|---|
| Material-Kosten | 300-700 EUR | 150-350 EUR | +100-350 EUR |
| Effizienz-Vorteil | +5 bis +15% COP | Basis | Besser |
| Amortisation | 5-10 Jahre | - | Durch Strom-Einsparung |
Verschmutzungs-Risiko enge Spalten:
Sole-Filterung erforderlich: 50-100 μm Maschenweite (80-200 EUR)
Jährliche Druck-Kontrolle: Ablagerungs-Früherkennung
Spül-Intervall: 5-8 Jahre bei ordentlicher Filterung
Jährliche Druck-Kontrolle: Ablagerungs-Früherkennung
Spül-Intervall: 5-8 Jahre bei ordentlicher Filterung
Konstante Sole-Temperatur = JAZ-Stabilität:
Erdreich-Temperatur: -3 bis +3°C ganzjährig
Verdampfung: 0-5°C konstant
COP: 4,5-5,2 ohne saisonale Schwankungen
Vergleich Luft-WP: COP 2,5-5,0 je nach Jahreszeit
Verdampfung: 0-5°C konstant
COP: 4,5-5,2 ohne saisonale Schwankungen
Vergleich Luft-WP: COP 2,5-5,0 je nach Jahreszeit
Koaxial-Wärmetauscher für Wasser-Verdampfer
Rohr-in-Rohr Konstruktion:
Außenrohr: 25-40 mm Durchmesser (Grundwasser-Führung)
Innenrohr: 12-20 mm Durchmesser (Kältemittel-Verdampfung)
Ringspalt: 6-10 mm Breite (Wasser-Strömung)
Material: Edelstahl 316L oder Titan (chloridhaltig >250 mg/L)
Innenrohr: 12-20 mm Durchmesser (Kältemittel-Verdampfung)
Ringspalt: 6-10 mm Breite (Wasser-Strömung)
Material: Edelstahl 316L oder Titan (chloridhaltig >250 mg/L)
Grundwasser-Vorteil konstante Temperatur:
Grundwasser ganzjährig: 8-12°C (extrem stabil)
Verdampfung: 3-8°C
Temperaturdifferenz optimal: 5-9 K
JAZ-Potential: 4,8-5,5 (höchste aller WP-Typen)
Verdampfung: 3-8°C
Temperaturdifferenz optimal: 5-9 K
JAZ-Potential: 4,8-5,5 (höchste aller WP-Typen)
Bauformen:
Gerade Ausführung: 2-6 m Länge gestreckt
Gewendelte Ausführung: Spirale für kompakteren Einbau
Leistungsdichte: 15-25 kW/m³
Gewendelte Ausführung: Spirale für kompakteren Einbau
Leistungsdichte: 15-25 kW/m³
Robustheit gegen Verschmutzung:
Größere Durchfluss-Querschnitte: Partikel passieren leichter
Wartungs-Frequenz: Spülung alle 2-3 Jahre (versus jährlich Platten)
Segment-Tausch möglich: 200-500 EUR Reparatur
Wartungs-Frequenz: Spülung alle 2-3 Jahre (versus jährlich Platten)
Segment-Tausch möglich: 200-500 EUR Reparatur
Material-Kosten Langzeit-Perspektive:
| Material | Kosten | Lebensdauer | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Edelstahl 316L | 400-900 EUR | 15-25 Jahre | Standard-Grundwasser |
| Titan | 800-1.800 EUR | 30-50 Jahre | Chloridhaltiges Wasser >250 mg/L |
Titan-Investment Rechtfertigung:
Doppelte Anschaffungs-Kosten: +400-900 EUR
Doppelte Lebensdauer: 30-50 Jahre statt 15-25 Jahre
Keine vorzeitige Ersatz-Investition: Amortisation über Laufzeit
Doppelte Lebensdauer: 30-50 Jahre statt 15-25 Jahre
Keine vorzeitige Ersatz-Investition: Amortisation über Laufzeit
Wie funktioniert Vereisung bei Luft-Verdampfern?
Vereisung tritt zwischen -2 und +5°C Außentemperatur bei >70% Luftfeuchtigkeit auf und blockiert 30-80% Luftstrom kritisch.
Physikalischer Vereisung-Mechanismus
Kritischer Temperatur-Bereich:
Außenluft: -2 bis +5°C (Haupt-Vereisungs-Zone)
Luftfeuchtigkeit: >70% relativ (kritische Schwelle)
Verdampfer-Oberfläche: 5-12 K unter Lufttemperatur
Luftfeuchtigkeit: >70% relativ (kritische Schwelle)
Verdampfer-Oberfläche: 5-12 K unter Lufttemperatur
Vereisung-Prozess Schritt-für-Schritt:
1. Temperatur-Absenkung Oberfläche:
- Außenluft: +2°C
- Wärmeentzug Verdampfer: 8 K Temperaturdifferenz
- Lamellen-Oberfläche: -6°C (unter Gefrierpunkt!)
2. Kondensation Luftfeuchtigkeit:
- Warme feuchte Luft trifft kalte Lamellen
- Wasser-Dampf kondensiert zu Tropfen
- Taupunkt-Unterschreitung: Kondensation startet
3. Gefrierung zu Eis-Kristallen:
- Oberfläche <0°C → sofortiges Gefrieren
- Eis-Kristalle wachsen auf Lamellen
- Raureif-Bildung zunächst
4. Eis-Schicht-Wachstum:
| Bedingung | Eis-Wachstums-Rate | Kritische Dicke erreicht nach |
|---|---|---|
| 90% Luftfeuchtigkeit, 0°C | 1,5-2 mm/h | 2-3 Stunden |
| 75% Luftfeuchtigkeit, +2°C | 0,8-1,2 mm/h | 3-5 Stunden |
| 60% Luftfeuchtigkeit, +3°C | 0,3-0,8 mm/h | 5-10 Stunden |
Kritische Eis-Dicke 3-5 mm:
- Blockiert 50-70% Luftstrom durch Lamellen-Zwischenräume
- Isoliert Wärmeübergang (Eis-Wärmeleitfähigkeit nur 2-3 W/mK versus Aluminium 200-250 W/mK)
Eis-Isolations-Effekt quantifiziert:
3 mm Eis-Schicht erhöht Wärmeübergangs-Widerstand um Faktor 60-100:
Wärmeleitfähigkeit Eis: 2,2 W/mK
Wärmeleitfähigkeit Aluminium: 220 W/mK
Widerstands-Verhältnis: 220 / 2,2 = 100×
Wärmeleitfähigkeit Aluminium: 220 W/mK
Widerstands-Verhältnis: 220 / 2,2 = 100×
Auswirkung auf Betrieb:
| Parameter | Ohne Vereisung | Mit 3 mm Eis | Veränderung |
|---|---|---|---|
| Luftstrom | 100% (2.500 m³/h) | 40-60% (1.000-1.500 m³/h) | -40 bis -60% |
| Verdampfungs-Temperatur | -3°C | -6 bis -9°C | -3 bis -6 K |
| Heizleistung | 8 kW | 3,2-4,8 kW | -40 bis -60% |
| Stromverbrauch | 2 kW | 2 kW (konstant) | Unverändert |
| COP | 4,0 | 1,6-2,4 | -40 bis -60% |
Automatische Abtau-Strategien
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Heißgas-Abtauung Funktionsprinzip:
4-Wege-Ventil kehrt Kältekreislauf-Richtung um:
- Normal: Verdichter → Verflüssiger → Expansionsventil → Verdampfer → Verdichter
- Abtau: Verdichter → Verdampfer → Expansionsventil → Verflüssiger → Verdichter
Heißes Verdichter-Gas: 60-90°C
Strömt direkt in vereisten Verdampfer
Kondensationswärme schmilzt Eis: 3-8 Minuten je nach Dicke
Schmelzwasser tropft durch Kondensatablauf ab
Strömt direkt in vereisten Verdampfer
Kondensationswärme schmilzt Eis: 3-8 Minuten je nach Dicke
Schmelzwasser tropft durch Kondensatablauf ab
Abtau-Energie ohne zusätzlichen Strom:
Energie-Quelle: Gespeicherte Wärme im Kältekreis + Verdichter-Arbeit
Energie-Menge: 0,5-2 kWh pro Zyklus
Kein separater Elektro-Heizstab erforderlich (Kosten-Vorteil)
Energie-Menge: 0,5-2 kWh pro Zyklus
Kein separater Elektro-Heizstab erforderlich (Kosten-Vorteil)
Abtau-Häufigkeit wetterabhängig:
| Außentemperatur | Luftfeuchtigkeit | Abtau-Intervall | Abtau-Dauer |
|---|---|---|---|
| 0-3°C | 80-90% | Alle 30-60 Min. | 5-8 Min. |
| -5 bis 0°C | 70-80% | Alle 60-90 Min. | 3-6 Min. |
| <-10°C | <50% | Oft keine Vereisung | Entfällt |
Intelligente Vereisung-Erkennung:
Druck-Differenz-Sensor über Verdampfer:
- Normal: 20-50 Pascal Luftstrom-Widerstand
- Vereist: 80-200 Pascal (Blockierung)
- Trigger: Ab 100-120 Pascal startet Abtauung
Energie-Bilanz Abtau-Verluste:
Winter mild 0-5°C häufig (Worst-Case):
- Abtau-Zyklen: 8-12× täglich
- Abtau-Energie: 0,8 kWh × 10 = 8 kWh/Tag
- Heizenergie gesamt: 60 kWh/Tag
- Abtau-Verlust: 13% (8 / 60)
- JAZ-Reduktion: Von 4,0 auf 3,5 (-12,5%)
Winter kalt <-10°C häufig (Best-Case):
- Abtau-Zyklen: 1-2× täglich (trockene Luft)
- Abtau-Energie: 1 kWh × 1,5 = 1,5 kWh/Tag
- Heizenergie gesamt: 80 kWh/Tag
- Abtau-Verlust: 2% (1,5 / 80)
- JAZ-Reduktion: Von 3,2 auf 3,1 (-3%)
Jahres-Durchschnitt Deutschland:
Milde Winter dominieren: JAZ-Reduktion 8-12% typisch
Gesamt: JAZ sinkt von 4,0 auf 3,4-3,6 durch Vereisung
Gesamt: JAZ sinkt von 4,0 auf 3,4-3,6 durch Vereisung
Vereisung-Vermeidung: Optimierungs-Strategien
1. Lamellen-Geometrie optimiert:
Traditioneller Abstand: 1,5-2 mm
Optimierter Abstand: 2,5-3,5 mm (+50% größer)
Optimierter Abstand: 2,5-3,5 mm (+50% größer)
Auswirkung:
- Wärmeübergangs-Fläche: -15 bis -25%
- Blockierung-Neigung: -50% (halbe Abtau-Frequenz)
- Abtau-Zyklen: 8/Tag → 4/Tag
- Gesamt-JAZ: +2 bis +5% (trotz kleinerer Fläche!)
2. Hydrophile Nano-Beschichtung:
Funktionsprinzip: Wasserabweisend → Wasser bildet Film statt Tropfen
Film fließt gravitativ ab (bei 30-45° Lamellen-Neigung)
Vereisung-Rate sinkt: -30 bis -50%
Film fließt gravitativ ab (bei 30-45° Lamellen-Neigung)
Vereisung-Rate sinkt: -30 bis -50%
Kosten: 80-200 EUR Aufpreis Neuanschaffung
Haltbarkeit: 8-15 Jahre
Amortisation: 50-150 EUR/Jahr Strom-Einsparung → 1-3 Jahre ROI
Haltbarkeit: 8-15 Jahre
Amortisation: 50-150 EUR/Jahr Strom-Einsparung → 1-3 Jahre ROI
3. Präventive Vor-Konditionierung:
Intelligente Regelung startet proaktiv:
- Kurz-Abtauung 1-2 Min. alle 20-30 Min.
- Entfernt dünne Eis-Ansätze 0,5-1 mm
- Energie: 0,1-0,2 kWh (versus 1-2 kWh volle Abtauung)
Energie-Vergleich:
- Traditionell: 10 Vollzyklen × 1,5 kWh = 15 kWh/Tag
- Präventiv: 25 Kurzzyklen × 0,15 kWh = 3,75 kWh/Tag
- Einsparung: 75% Abtau-Energie (-11,25 kWh)
Wie wirkt sich Verschmutzung auf den Verdampfer aus?
Verschmutzung durch Staub, Pollen oder Kalk blockiert Luftstrom und isoliert Wärmeübergang – COP-Verlust 15-35% ohne Wartung.
Luft-Verdampfer atmosphärische Verschmutzung
Verschmutzungs-Quellen nach Standort:
| Standort-Typ | Primäre Verschmutzung | Schicht-Dicke/Jahr | Charakter |
|---|---|---|---|
| Ländlich | Pollen, Pflanzen-Reste, Insekten | 0,3-0,8 mm | Organisch, trocken |
| Urban | Feinstaub, Ruß, Aerosole | 1-2 mm | Fein, teilweise ölig |
| Industrie-Nähe | Öl-Dämpfe, Chemikalien | 2-4 mm | Schmierig, klebrig |
Verschmutzungs-Mechanismus Luftstrom-Blockierung:
1 mm Staub-Belag:
- Luftstrom-Reduktion: -10 bis -20%
- Wärmeübergangs-Widerstand: +Faktor 5-15
- Verdampfungs-Temperatur: -1 bis -3 K
- COP-Verlust: -3 bis -8%
3 mm Staub-Belag (ohne Wartung 3-5 Jahre):
- Luftstrom-Reduktion: -30 bis -50%
- Wärmeübergangs-Widerstand: +Faktor 15-30
- Verdampfungs-Temperatur: -3 bis -6 K
- COP-Verlust: -15 bis -25%
- Heizleistung: 65-80% Nennwert
Biofilm-Bildung Gesundheits-Risiko:
Entwicklung: Feuchte Kondensatablauf-Zone bei mangelnder Desinfektion
Organismen: Algen, Bakterien, Schimmel
Symptome: Üble Gerüche, schwarze/grüne Verfärbung
Keim-Belastung: Gesundheitsschädlich in Abluft
Organismen: Algen, Bakterien, Schimmel
Symptome: Üble Gerüche, schwarze/grüne Verfärbung
Keim-Belastung: Gesundheitsschädlich in Abluft
Desinfektion: Biozide Reiniger 15-40 EUR alle 6-12 Monate
Wirkdauer: 2-3 Tage Geruchs-Neutralisierung
Wirkdauer: 2-3 Tage Geruchs-Neutralisierung
Reinigungs-Methoden Luft-Verdampfer
1. Druckluft-Reinigung (mild):
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Druck | 3-6 bar |
| Abstand | 20-30 cm |
| Richtung | Innen → Außen (gegen Luftstrom) |
| Dauer | 10-20 Minuten |
| Kosten | 150-250 EUR Arbeitskosten |
| Effizienz | 60-85% lose Ablagerungen |
| Frequenz | Jährlich (ländlich) / Halbjährlich (urban) |
2. Wasser-Hochdruck-Reinigung (intensiv):
Druck: 80-150 bar (Garten-Hochdruckreiniger)
Winkel: 30-45° schräg (NICHT direkt = Lamellen-Verbiegungs-Gefahr)
Nacharbeit: Lamellen-Richtung mit Kamm (15-30 Min.)
Effizienz: 80-95% Ablagerungs-Entfernung
Bedingung: Wasser-Ablauf/Auffang-Wanne erforderlich
Winkel: 30-45° schräg (NICHT direkt = Lamellen-Verbiegungs-Gefahr)
Nacharbeit: Lamellen-Richtung mit Kamm (15-30 Min.)
Effizienz: 80-95% Ablagerungs-Entfernung
Bedingung: Wasser-Ablauf/Auffang-Wanne erforderlich
3. Chemische Reinigung (gründlich):
pH-Neutral: 6-8 (Aluminium-schonend, kein Lochfraß)
❌ Alkalisch/Sauer pH <5 oder >10: Aluminium-Zerstörung!
Temperatur: 40-60°C Sprüh-Anwendung
Löst: Fett, Öl, organische Verschmutzungen
Biologische Abbaubarkeit: >70%
Material-Kosten: 20-50 EUR/Anwendung
❌ Alkalisch/Sauer pH <5 oder >10: Aluminium-Zerstörung!
Temperatur: 40-60°C Sprüh-Anwendung
Löst: Fett, Öl, organische Verschmutzungen
Biologische Abbaubarkeit: >70%
Material-Kosten: 20-50 EUR/Anwendung
Wasser/Sole-Verdampfer Wartung
Kalkablagerung Wasser-Verdampfer:
Hartes Wasser: >15°dH (Grad deutsche Härte)
Kalk-Wachstum: 0,2-0,6 mm/Jahr (Calciumkarbonat-Kristallisation)
Wärmeleitfähigkeit Kalk: 0,5-1,5 W/mK (versus Edelstahl 15-20 W/mK)
Kalk-Wachstum: 0,2-0,6 mm/Jahr (Calciumkarbonat-Kristallisation)
Wärmeleitfähigkeit Kalk: 0,5-1,5 W/mK (versus Edelstahl 15-20 W/mK)
1 mm Kalk-Schicht Auswirkung:
- Wärmeübergangs-Widerstand: +Faktor 10-30
- Verdampfungs-Temperatur: -2 bis -4 K
- COP-Verlust: -5 bis -12%
Chemische Entkalkung-Prozess:
Zitronensäure-Lösung: 5-10% Konzentration
Alternative: Phosphorsäure 3-8%
Temperatur: 40-60°C zirkuliert 2-4 Stunden
Reaktion: CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂
Korrosions-Schutz: 0,3% Urotropin (Metall-Schutz)
Alternative: Phosphorsäure 3-8%
Temperatur: 40-60°C zirkuliert 2-4 Stunden
Reaktion: CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂
Korrosions-Schutz: 0,3% Urotropin (Metall-Schutz)
Kosten: 200-500 EUR
Frequenz: Alle 2-4 Jahre (hart) / 4-6 Jahre (weich <10°dH)
Frequenz: Alle 2-4 Jahre (hart) / 4-6 Jahre (weich <10°dH)
Sole-Verschlammung Plattenwärmetauscher:
Ursachen: Sedimente, Korrosions-Produkte, biologisches Wachstum
Druckabfall-Anstieg: Von 0,1-0,2 bar → 0,4-1 bar (kritisch)
Durchfluss-Reduktion: -20 bis -50%
Verdampfungs-Temperatur: -2 bis -5 K
Druckabfall-Anstieg: Von 0,1-0,2 bar → 0,4-1 bar (kritisch)
Durchfluss-Reduktion: -20 bis -50%
Verdampfungs-Temperatur: -2 bis -5 K
Mechanische Demontage + Platten-Reinigung: 400-900 EUR alle 5-8 Jahre
Was kostet Verdampfer-Defekt und wie vermeiden?
Verdampfer-Defekte durch Kältemittel-Leckage kosten 1.600-3.500 EUR Austausch – Wartungs-Investition amortisiert mehrfach.
Kältemittel-Leckage: Ursachen und Reparatur
Leckage-Ursachen:
1. Korrosion Kupfer-Rohre:
- Aggressive Atmosphäre: SO₂, Salzwasser-Gischt, Industriedämpfe
- Grünspan-Bildung (Kupferoxid/Kupferkarbonat)
- Durchrost-Zeit: 8-15 Jahre bei hoher Belastung
2. Mechanische Beschädigung:
- Vibration: 50.000-150.000 Temperatur-Zyklen über 15-25 Jahre
- Stein-Aufprall: Hagel, Kies-Aufwirbelung
- Installation-Fehler: Rohr-Knickung, Überspannung
3. Thermische Ermüdung:
- Temperatur-Wechsel: -20 bis +20°C täglich
- Material-Ausdehnung/Kontraktion
- Lötstellen-Versagen nach 15-25 Jahren
4. Lötstellen-Schwachpunkte:
- Unvollständige Lot-Durchdringung Installation
- Material-Ermüdung Zinn/Kupfer-Grenzschicht
Leckage-Symptome:
| Symptom | Kältemittel-Verlust | Bedeutung |
|---|---|---|
| Heizleistungs-Abfall | -30 bis -70% | Proportional to Füllmenge-Verlust |
| Niederdruckstörung | <2 bar | Schutzabschaltung |
| Öl-Flecken Gehäuse | Sichtbar außen | Kältemittel-Öl-Gemisch-Austritt |
| Grüne Korrosions-Spuren | Grünspan Kupfer | Leckage-Stelle visuell |
Leckage-Rate:
Klein-Leckage: 10-150 g/Jahr (langsamer Verlust)
Mittel-Leckage: 500-1.000 g/Jahr (deutlicher Abfall)
Akut-Leckage: 1.500-2.000 g komplett (Riss/Bruch)
Mittel-Leckage: 500-1.000 g/Jahr (deutlicher Abfall)
Akut-Leckage: 1.500-2.000 g komplett (Riss/Bruch)
Reparatur-Optionen:
Lötstellen-Reparatur (begrenzt möglich):
- Lecksucher elektronisch: 5 g/Jahr Empfindlichkeit
- UV-Kontrastmittel + UV-Lampe: Visuelle Ortung
- Zugängliche Stelle: Lötstellen-Reparatur 200-500 EUR
- Nicht-zugänglich: Komplett-Tausch erforderlich
Komplett-Tausch (Standard bei Rohr-Korrosion):
| Position | Kosten |
|---|---|
| Lamellen-Verdampfer Material | 800-2.000 EUR |
| Arbeitszeit Installation | 500-900 EUR |
| Kältemittel-Neubefüllung | 150-350 EUR |
| Gesamt | 1.600-3.500 EUR |
Präventive Wartungs-Strategie ROI
Jährliche Inspektion 150-300 EUR:
1. Sicht-Kontrolle 10 Min.:
- Verschmutzung >2 mm → Reinigung
- Lamellen-Verbiegung >30% Fläche → Richten mit Kamm
- Korrosions-Flecken → Leckage-Prüfung
2. Druckdifferenz-Messung:
Manometer-Installation einmalig: 60-150 EUR
Luft-seitig normal: 20-50 Pascal
Wasser-seitig normal: 0,1-0,2 bar
Luft-seitig normal: 20-50 Pascal
Wasser-seitig normal: 0,1-0,2 bar
Grenzwerte Reinigung erforderlich:
- Luft: >80 Pascal (beginnend) / >200 Pascal (sofort)
- Wasser: >0,3 bar (beginnend) / >0,8 bar (sofort)
3. Überhitzungs-Kontrolle:
Optimale Überhitzung: 5-10 K
<3 K: Flüssigkeits-Mitnahme-Risiko (Verdichter-Gefahr)
<3 K: Flüssigkeits-Mitnahme-Risiko (Verdichter-Gefahr)
15 K: Verschmutzung/Kältemittel-Mangel Signal
Temperatur-Sensoren Installation: 30-80 EUR
Präventive Maßnahmen Wirtschaftlichkeit:
Filter Außen-Verdampfer:
- Kosten: 80-200 EUR einmalig
- Maschenweite: 5-10 mm (Laub/Insekten)
- Wartung: Quartalsweise 10 Min. Reinigung
- Effekt: -50 bis -80% Verdampfer-Verschmutzung
- Reinigungs-Intervalle: Von 6 auf 12-18 Monate
- Amortisation: 2-3 Jahre (eingesparte Reinigungen)
Wasser-Enthärtung Wasser-Verdampfer:
- Kosten: 800-2.000 EUR Ionen-Austausch-Anlage
- Ziel: <8°dH (weich)
- Entkalkung-Intervalle: Von 2-3 Jahre → 6-10 Jahre
- Salz-Regeneration: 80-150 EUR/Jahr
- Amortisation: 6-10 Jahre
- 20-Jahre-Einsparung: 1.000-2.000 EUR
Sole-Filterung Plattenwärmetauscher:
- Kosten: 80-200 EUR Y-Sieb-Filter
- Maschenweite: 50-100 μm
- Wartung: Halbjährlich Rückspülung 15 Min.
- Effekt: -70 bis -90% Verschlammung
- Spül-Intervalle: Von 3-4 Jahre → 6-8 Jahre
Fazit: Verdampfer als COP-dominante Komponente
Der Verdampfer bildet thermodynamisches Eingangstor für Umweltenergie-Extraktion mit fundamentalem COP-Einfluss durch Verdampfungs-Temperatur-Niveau: Jedes Kelvin höhere Verdampfung steigert System-COP um 2,5-3% durch reduzierten Verdichter-Druckhub. Die Bauart-Optimierung nach Wärmequelle nutzt Lamellen-Rohr 15-35 m² für Luft (Oberflächen-Vergrößerung), Plattenwärmetauscher 40-80 kW/m³ für Sole (Kompaktheit) und Koaxial 2-6 m für Wasser (Robustheit + konstante 8-12°C Quelle).
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