Das französische Start-up Equium hat eine Wärmepumpe entwickelt, der mit akustischen Wellen heiße und kalte Luft erzeugt. Equium stellt die thermo-akustische Wärmequellenanlage her und arbeitet mit einem anderen Unternehmen zusammen, das die Anlage in ganze Wärmepumpensysteme einbaut. Die Geräte haben eine Leistung von ein bis drei Kilowatt und sind für den Einsatz im Wohnbereich konzipiert.
Die neuartige Wärmepumpe kann laut Equium hohe Vorlauftemperaturen erreichen, ohne dass dafür Kältemittel benötigt werden. Sie arbeitet mit einem strombetriebenen Lautsprecher, der in einem mit Helium unter 30 bar Druck stehenden Behälter Schallwellen erzeugt. Die Schallwellen bewirken, dass sich das Gas komprimiert oder ausdehnt, wodurch Wärme erzeugt wird beziehungsweise sich abkühlt, wenn das Gas sich ausdehnt. Man kennt den Effekt von einer Fahrradpumpe, die bei Benutzung warm wird, oder einer Sprühdose, die sich abkühlt. Der Kern der Wärmepumpe ist mit Wasser gefüllt, das diese Wärme aufnimmt oder abgibt.
„Die akustische Welle verrichtet die Arbeit der Kompression und Ausdehnung des Gases, wodurch Wärme bzw. Kälte erzeugt wird“, so Philippe Loyer, Produktmanager bei Equium, auf Anfrage von pv magazine.
Brauchwasser bis 80 Grad Celsius
Loyer zufolge kann die Wärmepumpe Brauchwasser mit einer Temperatur von bis zu 80 Grad Celsius erzeugen. Im Vergleich zu Wärmepumpen, die mit einem Kältemittel funktionieren, ist das eine hohe Temperatur und bildet einen wichtigen Vorteil der akustischen Wärmepumpe.
„Herkömmliche Wärmepumpen verwenden Kältemittel mit einer Temperaturphase. Sie haben eine Temperaturgrenze. Das heißt die Temperatur, bei der das Kältemittel von der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht“, erklärt Loyer. „In unserem Kern bleibt das Helium in Gasform. Da Helium bis minus 200 Grad Celsius gasförmig bleibt, können wir in unserem Wärmepumpenkern höhere Temperaturen erreichen.“
Die Wärmepumpe funktioniert dem Start-up zufolge mit allen externen Wärmequellen, einschließlich Umgebungsluftquellen von minus 15 Grad Celsius bis 50 Grad Celsius. Da ihr Kern mit Wasser gefüllt ist, funktioniert sie am besten mit Wasser als Wärmequelle, als Erdwärmepumpe. Für den Einsatz als Luftwärmepumpe kann das Gerät mit einem Ventilator ausgestattet werden, der die Wärme aus der Luft auf das Wasser überträgt, so Loyer.
Jahresarbeitszahl drei bis vier
Die Wärmepumpe hat eine Jahresarbeitszahl von drei bis vier, was bedeutet, dass sie drei bis vier Kilowatt thermische Energie für jedes verbrauchte Kilowatt Strom erzeugt. Equium strebt für seinen Wärmepumpenkern eine Wärmeleistung von acht bis zehn Kilowatt an, so Loyer. Sie habe eine Lebensdauer von 30 Jahren und sei einfach zu installieren. Die akustische Wärmepumpe bietet auch eine bessere Modulation als herkömmliche Geräte. „Wir haben den gleichen Wirkungsgrad wie herkömmliche Wärmepumpen, aber wir haben eine bessere Modulation dank der akustischen Übertragung“, so Loyer.
Herkömmliche Wärmepumpen mit fester Leistung schalten sich mehrmals am Tag ein und aus und wechseln zwischen null und maximaler Leistung, um das richtige Temperaturgleichgewicht zu erreichen. Die neue Wärmepumpe hingegen moduliert ihre Leistung, um kontinuierlich die gewünschte Temperatur zu liefern.
Bessere Modulation
„Die Leistungsregelung einer klassischen Wärmepumpe ist sehr energieaufwendig. Bei unserem akustischen System ist die Regelung sehr einfach“, sagt Loyer. „Wenn man weniger Leistung benötigt, kann man einfach die Lautstärke des Lautsprechers verringern.“
Equium erklärt, dass das Wärmepumpensystem trotz der Verwendung eines Lautsprechers zur Erzeugung der Schallwelle völlig geräuschlos ist. Der Geräuschpegel liegt angeblich unter 30 Dezibel – das entspricht einem Flüstern. „Der Schall, den unser System erzeugt, bleibt im Inneren des Kerns, sodass man ihn von außen nicht hören kann“, so Loyer.
Equium führt derzeit Feldtests für seine thermo-akustische Wärmepumpe durch. Sie soll Ende des Jahres auf den Markt kommen.
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Da gibt es wohl schon mehrere Unternehmen, die sich damit beschäftigen:
https://www.pv-magazine.com/2022/06/29/thermo-acoustic-heat-pump-for-residential-applications/
Besser modulierbare Wärmepumpen könnten optimal zur Stabilisierung der Stromnetze eingesetzt werden. Allerdings ist Helium flüchtig, die Frage ist, wie das Gas am Entweichen gehindert werden soll?