Relais für die „Grüne Revolution“ Was machen Relais in Wärmepumpen?

In Wärmepumpen sind zahlreiche Relais verbaut: Vom Schaltrelais über Leistungsrelais bis zu Hochstromrelais. Der Beitrag zeigt, wie Relais zur Realisierung nachhaltiger Produkte beitragen.

Durch das aktuelle Wettergeschehen tritt das Thema Klimawandel sehr deutlich in den Vordergrund. In diesem Zusammenhang wird die Verwendung fossiler Brennstoffe bei Heizsystemen nicht mehr als umweltfreundlich und effizient genug eingestuft. Ab 2030 dürfen in privaten Haushalten keine Öl- und Gasheizungen mehr verbaut werden. So kommen stetig mehr Wärmepumpen zum Einsatz.

Ab diesem Zeitpunkt wird ein jährlicher Bedarf von 6 Millionen Wärmepumpen in Europa erwartet. Einen Anreiz stellt derzeit die staatliche Förderung in Deutschland von bis zu 45 Prozent des Anschaffungspreises einer Wärmepumpe dar. Einen Zusatznutzen bieten neue und moderne Wärmepumpen, die auch zum Kühlen eingesetzt werden können.

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Funktionsprinzip einer Wärmepumpe

Wärmepumpen nutzen die natürliche Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser und gewinnen daraus nutzbare Energie zum Heizen.

Der COP Wert (Coefficient of Performance, Leistungskoeffizient) gibt das Verhältnis von der an den Heizkreislauf eingespeisten Wärmeenergie zu der dem Netz entnommenen elektrischen Energie an.

Er liegt bei modernen Wärmepumpen zwischen 3,5 und 5. Bei diesen Systemen wird der Pumpenmotor nicht mit Hilfe einer Zweipunktreglung ein- und ausgeschaltet, sondern mit einem Inverter drehzahlgeregelt.

Der Wert für den COP ergibt sich aus dem Quotienten von Heizleistung und elektrischer Leistung.

Heizsystem ohne fossile Brennstoffe

Wird die zugeführte elektrische Energie durch Photovoltaik, Wind- oder Wasserkraft gewonnen, ist es möglich, ein Heizsystem, das gänzlich ohne fossile Brennstoffe arbeitet, aufzubauen.

Der Kreislauf des Wärmpumpenprinzips beinhaltet vier Teilbereiche:

• 1. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärmeenergie aus der Umgebung auf.

• 2. Im Verdichter wird mit Hilfe des Kompressors die Temperatur des Kältemittels erhöht. An dieser Stelle fließt die elektrische Energie in das System ein.

• 3. Im Verflüssiger (Kondensator) gibt das Kältemittel Energie in Form von Wärme an den Heizkreislauf ab.

• 4. Damit das Kältemittel erneut dem Verdampfer zugeführt werden kann, muss der Druck am Expansionsventil reduziert werden.

In diesem Prozess ist die Energiemenge, die im Verflüssiger an die Heizung abgegeben wird, deutlich größer als die im Verdichter eingesetzte elektrische Energie.

Aufgaben von Relais im Wärmepumpensystem

In Wärmepumpencontrollern sind bis zu 21 Relais verbaut. Zum Beispiel werden zum potentialfreien Schalten der Lasten gerne platzsparende 5 mm schmale Relais verwendet. Eine typische Anwendung ist die Ansteuerung von Ventilen.

Zum Schalten der Lüfter und der Kompressoren werden Leistungsrelais verwendet. Hier stehen Relais für die Leiterplatte, für die Montageplatte und für die Hutschiene zur Verfügung. Der besondere Vorteil dieser Relais besteht darin, dass mit ihnen galvanische Netztrennungen mit Kontaktöffnungswegen von 3 mm realisiert werden können.

Es gibt Inverter-Wärmepumpen, dies sind Wärmepumpen, bei denen der Elektromotor des Kompressors über einen Inverter (Wechselrichter) angesteuert wird. Dadurch wird eine kontinuierliche Drehzahlreglung des Motors möglich. Der DC-Zwischenkreiskondensator wird über einen Netzgleichrichter geladen. Hierbei wird der Einschaltstrom mit Widerständen begrenzt. Bei der Überbrückung der Ladewiderstände zur Einschaltstrombegrenzung kommen Relais zum Einsatz.

Außerdem werden zum Schalten der Brauchwassererwärmung, der Leistungsfaktorkorrektur, der Pufferladepumpe, der Solepumpe, des 4-Wege-Umschaltventils zur Umschaltung von Heizen auf Kühlen, des Frostschutzes und für den optionalen Zusatzheizstab Relaisausgänge benötigt.

Für die hier geforderten, besonderen Anforderungen wie großer Temperaturbereich, starke Vibrationen, häufiges Schalten von Motorlasten und ATEX-Eignung sowie wegen der brennbaren Kältemittel, sind Relais prädestiniert.

Die Anwendung in Wärmepumpen zeigt deutlich, dass Relais zur Realisierung neuer, nachhaltiger Produkte von großer Bedeutung sind.

* Manfred Cloot ist technischer Leiter bei Finder in Trebur-Astheim.

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