Das Zeolith Heizgerät ist eine gasbetriebene Adsorptionswärmepumpe, die Vaillant derzeit zusammen mit dem Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der RWTH Aachen entwickelt. Das Besondere an der neuen Zeolith-Technik ist, dass sie neben der konventionellen Verbrennungswärme auch kostenlose Umweltwärme durch zwei Solarkollektoren und einen Luftkollektor nutzt. Dadurch kann nach Herstellerangaben ein mittlerer Jahresnutzungsgrad von 135% erreicht werden. Die Markteinführung wird voraussichtlich 2007 erfolgen.
Zeolith
Im Jahre 1756 machte der schwedische Mineraloge Baron Axel F.Cronstedt eine interessante Entdeckung: Bestimmte Minerale beginnen zu brodeln, wenn man sie stark genug erhitzt. Er nannte diese Substanzen Zeolithe von griechisch „zeo“ (sieden) und „lithos“ (Stein). Zeolith-Kristalle setzten sich aus Aluminium- und Siliziumoxid zusammen. Sie sind von zahlreichen submikroskopischen Kanälen durchzogen, die Wasser enthalten. Bei höheren Temperaturen verdampft das Wasser und verursacht so das von Cronstedt entdeckte Brodeln. Aufgrund ihrer herausragenden thermodynamischen Eigenschaften eignen sie sich unter anderem als Energiespeicher für umweltschonende Wämeerzeugung.
Die Technik
75% der für den Zeolith-Prozess benötigten Energie wird durch energiesparende Gas-Brennwerttechnik erzeugt. Diese bietet immer noch die effizienteste und umweltschonendste Verbrennungstechnik, da sie die zusätzliche Wärme aus den Abgasen nutzt. 25% der benötigten Energie werden aus der Umwelt bezogen. Der Jahresnutzungsgrad der Zeolith-Heizgeräte liegt damit fast 30% über dem von reinen Brennwertgeräten. Die Steigerung im Vergleich zu Niedertemperaturkesseln liegt sogar bei rund 40%.
Prozess
Aufbau
Das Herzstück des Zeolith-Heizgerätes sind zwei Zeolith-Module. In ihrem oberen Teil befindet sich das Adsorptionsmittel Zeolith. Es ist aufgebracht auf einem Wärmetauscher (Adsorber / Desorber). Unten befindet sich ein weiterer Wärmetauscher (Kondensator / Verdampfer), als Kältemittel ist Wasser enthalten. Das Modul ist hermetisch verschlossen und arbeitet im Unterdruck bei 5 bis 200 mbar. Der Zeolith-Prozess basiert auf den physikalischen Eigenschaften des entsprechenden Minerals. Zeolith kann in seinen Poren große Mengen Wasser aufnehmen. Dabei entsteht Wärme. Wird der Zeolith erhitzt, gibt er das gespeicherte Wasser wieder ab. Um die Energie zu- und abführen zu können, werden die Zeolith-Kugeln in einen Lamellen-Wärmetauscher gefüllt.
Trocknung (Desorptionsphase)
Die Erhitzung des feuchten Zeoliths erfolgt indirekt über einen Wasserkreislauf, den Zeolith-Kreis, der vom Gas-Brennwertgerät auf 200°C geheizt wird. Das im Zeolith gespeicherte Wasser verdampft, strömt nach unten und kondensiert. Die Kondensationswärme wird direkt in den Heizkreislauf eingespeist.
Befeuchtung (Adsorptionsphase)
Wenn der Zeolith trocken ist und sich das gesamte Wasser im unteren Teil des Moduls befindet, wird der Brenner ausgeschaltet und das Modul kühlt unter Umgebungstemperatur ab. Das Wasser wird nun durch Einkopplung von Umgebungswärme aus den Kollektoren bei niedriger Temperatur verdampft und strömt nach oben. Die niedrigste Quelltemperatur für den Betrieb des Zeolith Heizgerätes ist +3°C. Im ungünstigen Fall ist dies die Außentemperatur, bei ausreichender Einstrahlung ist die Kollektortemperatur maßgebend. Unterhalb einer Quelltemperatur von +3 °C werden die internen Solepumpen abgeschaltet und das Gerät arbeitet als Brennwertfeuerstätte. So arbeitet das Zeolith Heizgerät auch im Winter.
Der Zeolith nimmt den Dampf auf und erwärmt sich dabei. Diese Wärme wird ebenfalls an den Heizkreislauf abgegeben. Nachdem das gesamte Wasser wieder im Zeolith gespeichert ist, beginnt der Prozess von neuem – immer und immer wieder.
Der Vaillant Zeolith-Prozess verläuft nicht kontinuierlich. Deshalb läuft der beschriebene Prozess in zwei baugleichen Modulen gleichzeitig ab. Die Module arbeiten phasenversetzt – während ein Modul in der Betriebsphase „Desorption – Kondensation“ arbeitet, findet im zweiten Modul zeitgleich „Verdampfung – Adsorption“ statt. Das gewährleistet eine gleichmäßige Wärmeabgabe und ermöglicht die hohen Nutzungsgrade von bis zu 135% im Jahresmittel.
Entwicklungsziele und Produktmerkmale
Einsatz im Einfamilienhaus (voraussichtlich ab 2007)
- Vorlauftemperatur: 20° bis 75°C
- Heizleistung: 10 kW
- Abmessung : 1610 x 615 x 590 mm
- Wartung: alle 2 Jahre (Inspektion jährlich)
Vorteile im Überblick
- hoher Wirkungsgrad von 135%
- Umwelt- und ressourcenschonende Technik
- umweltverträglicher Arbeitsstoff Zeolith
- Wasser als Kältemittel – Alternative zu Ammoniak
- sichere, robuste und geräuscharme Modul-Technologie
- niedrige Verbrauchskosten
Weitere Informationen unter http://www.vaillant.de/Privatkunden/Systeme_&_Produkte/Entwicklung/Zeolith-Heizgeraet/
Lea Herfs, BHKW-Consult Rastatt
Markus Gailfuß, BHKW-Consult Rastatt
