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Wärmepumpen Geschichte Teil 2
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Wärmepumpen Geschichte Teil 2
Deshalb sah Escher Wyss, welche die Anlage plante und die Ammoniak-Wärmepumpe baute, das Aufheizen eines Teilvolumens des Schwimmwassers auf 45 °C mit einer Heizleistung von 325 kW vor. Zur Nutzung der niedrigen Nachtenergietarife erfolgte diese während der Nacht. Diesem Zweck diente ein erstes Wärmepumpensystem mit dem Badewas-serabfluss als Wärmequelle und zwei der total fünf Kompressoren. Ein zweites Wärmepumpensystem mit den drei restlichen Kompressoren diente der Raum-heizung durch eine Beheizung des Fussbodens, der Decke, der Wände, der Pfeiler und derSitzbänke. Hier wurden also thermoaktive Bauelemente bereits realisiert – lange bevor dieser Begriff in der Fachwelt eingeführt wurde. Dieses Wärmepumpenheizsystem hatte eine Vorlauf-temperatur von 50°C und eine maximale Heizleistung von 700 kW. Als Wärmequelle für dieses zweite System wurde Seewasser aus dem Schanzengraben genutzt: Bild 5-14. Nach der mo-natlichen vollständigen Schwimmwassererneuerung kam eine zusätzliche elektrische Wider-standsheizung mit 2000 kW zum nächtlichen Einsatz [Hochbauamt 1941]. Im Rahmen einer Revision des Hallenbads in den Jahren 1979-1980 wurde das ursprüngliche zweite Wärmepumpensystem mit den drei Kolbenkompressoren durch eine einzige Sulzer Tur-bo-Wärmepumpe mit R-12 als Kältemittel und einer Heizleistung von 1.2 MW ersetzt [Hoch-bauamt 1980]. Diese erwies sich als stark überdimensioniert. Beim Ersatz des Kältemittels R-12 wurde 1996 ein neues Wärmepumpensystem mit drastisch reduzierter Leistung installiert. Dieses wies für die Heizung des Schwimmbadwassers noch 100 kW und für die Raumheizung noch 325 kW auf. Die Spitzenlast wird nun durch eine 500 kW Kesselheizung gedeckt. Mit der Wärmerückgewinnung aus dem ausfliessenden Schwimmbadwasser, der Luftentfeuchtung, dem Seewasser und zusätzlichem Grundwasser erreicht die neue R-134a-Wärmepumpe eine Jahresarbeitszahl von 3.2. Während die historischen Wärmepumpenkom-pressoren gemäss dem Bild 5-13 noch eine ganze Maschinenhalle füllten, fanden die neuen Maschinen in einem Container genügend Platz: Bild 5-12. Selbst unter Berücksichtigung einer Reduktion der Wärmeleistung von 1025 kW der historischen Maschinen auf 425 kW der mo-dernen Maschine bleibt die Volumenreduktion eindrücklich. In der Folge einer geplanten völli-gen Erneuerung des bestfrequentierten Hallenbades der Schweiz erscheinen am Horizont be-reits Umrisse einer dritten Wärmepumpengeneration [Huwyler 2007].
1942 WÄRMEPUMPENANLAGE WALCHE FÜR FERNWÄRMEHEIZUNG (5’860 KW)
Hauptmotive für den Bau eines dritten Wärmepumpenheizungssystems waren die unsichere Brennstoffversorgung mit stark steigenden Kohlepreisen in der kleinen Schweizer Insel inmitten faschistisch regierter und Krieg führender Länder. Massgebend war aber auch der Wille zur Bewahrung der führenden Position der einheimischen Industrie und zur Stärkung von For-schung und Lehre an der ETH-Zürich sowie nicht zuletzt auch das klare Bekenntnis zur Unab-hängigkeit. Unter diesen Umständen beschloss der Bundesrat 1942 den Bau einer grossen Wärmepumpenanlage an der Walche, nahe beim Hauptbahnhof: Bild 5-17. Ziel des Projekts war eine Einsparung von 45% des Wärmebedarfs in dem in den Jahren 1930-1932 gebauten Fernwärmenetz der Stadt Zürich. Die Anlage sollte aber auch zu einem leuchtenden Beispiel für das neue Heizsystem werden und einen Beitrag an deren Erforschung und Entwicklung leisten. Das grosse Wärmepumpensystem wurde trotz der kriegsbedingten Behinderungen in einer Rekordzeit gebaut. Noch 1942 wurden der Untergrund-Maschinenraum erstellt (Bild 5-18) und die drei Wärmepumpen mit einer für jene Zeit enormen nominalen Gesamtwärmeleistung von 5’860 kW gebaut. Das Wärmepumpensystem bestand aus drei Wärmepumpen. Zwei davon waren identische Wärmepumpen, sogenannte „Thermoblocks“ von Brown Boveri Baden: Bild 5-19. Die beiden Maschinen mit Achtstufen-Radialkompressoren wurden mit 3’200 kg des FCK-Kältemittels R-11 betrieben und hatten eine Wärmeleistung von je 2'000 kW. Die dritte Wärmepumpe (Bild 5-20) von Sulzer Winterthur hatte eine Wärmeleistung von 1'860 kW und arbeitete mit drei dreistufigen Kolbenkompressoren (Bild 5-21) und 6'000 kg Ammoniak als Kältemittel. Diese erstaunliche Kombination von Turbo- und Kolbenkompressor-Wärmepumpen wurde gewählt, um gleichzeitig Erfahrungen für beide Kompressortypen zu sammeln. Die drei Wärme-pumpen wurden parallel betrieben. Die weltweit erste Integration von Wärmepumpen in ein Fernwärmenetz mit einer geforderten Vorlauftemperatur von 70°C war keine leichte Aufgabe. Sie wurde erstaunlich gut gemeistert. Bei 9 °C / 71 °C erreichten die Turbokompressorwärme-pumpen eine Leistungszahl von 2.58 und die Kolbenkompressorwärmepumpen eine Leis-tungszahl von 2.73 [Schindler-Fässler und Schindler 1944]. Dies bedeutete sehr hohe Lo-renzwirkungsgrade von 46.5% beziehungsweise 49.2%. Es bleibt allerdings unklar, wie der Energiebedarf für die Hilfsantriebe bilanziert wurde. Die geringe Abkühlung des Flusswassers in 10 Metern Abstand vom Wiedereintritt des Wassers in den Fluss um nur ungefähr 0.6 °C entsprach den Anforderungen an den Gewässerschutz. Weitere Einzelheiten findet man in [Bauer 1944]. 1972, nach dreissig Betriebsjahren, wurde die Anlage infolge zu hoher Unter-haltskosten und zu tiefer Heizölpreise stillgelegt. Aufgrund der Beschaffung einer Kehrichtverbrennungsanlage und des nach den Ölkrisen rasch wieder zerfallenden Ölpreises erfolgte die Wiederaufnahme des Wärmepumpenbetriebs erst nach 13 Jahren. 1985 bis 1986 wurde von Sulzer eine neue Wärmepumpenanlage mit Turbo-kompressoren und einer Heizleistung von 6.5 MW gebaut und in Betrieb genommen. Diese An-lage wurde aber durch eine Feuersbrunst vernichtet. 1987-1988 wurden zwei neue Sulzer-Unitop-Wärmepumpen mit zweistufigen Radialkompressoren und R-12 als Kältemittel einge-baut: Bild 5-16. Die gesamte Heizleistung der beiden Wärmepumpen betrug 13 MW bei 15 °C Flusswasser- und 72 °C Vorlauftemperatur. Bei winterlichen Verhältnissen mit 3.5 °C / 72 °C wurde die Heizleistung auf 10 MW reduziert. Das neue Wärmepumpensystem wurde trotz etwa doppelter Heizleistung in derselben unterirdischen Maschinenhalle installiert wie die historische Wärmepumpenanlage von 1942. Die Wärmepumpen mit Zwischendruckkessel und Konden-satunterkühlung erreichten mittlere Leistungszahlen von 3.4. Erwähnenswert ist die Filtrierung des Flusswassers durch selbstreinigende Kugelfilter und die kontinuierliche Reinigung der Ver-dampferrohre durch zirkulierende Kugeln.
Infolge Fehlens grosser Fernleitungen ist das Walche-Wärmepumpensystem bis heute das grösste der Schweiz geblieben. Es deckte 50% des Wärmebedarfs des Fernwärmenetzes und reduziert den Heizölverbrauch um 4'500 Tonnen pro Jahr. Die SO2- und NOx-Emissionen wur-den um 67% reduziert. 1998 wurde die Anlage mit dem Wechsel vom FCK-Kältemittel R-12 auf das FKW-Kältemittel R-134a nochmals modifiziert [AFB 1988].
1943 AMTSHÄUSER ZÜRICH (1’750 KW)
Im Hinblick auf den alarmierend stockenden Kohlenachschub nahm der Zürcher Stadtrat im Juni 1943 eine Offerte von Escher Wyss zum Bau eines grossen Wärmepumpensystems zur Beheizung von fünf Administrationsgebäuden im Bereich Werdmühle-Beatenplatz an. Die Ammoniak-Wärmepumpe mit 4 Zweistufen-Kolbenverdichtern (Bild 5-22) nutzte ebenfalls Limmatwasser als Wärmequelle und wurde im Amtshaus 4 installiert. Bei einer Vorlauftempera-tur des Heizungssystems von 50 °C erreichte die Wärmepumpe eine Wärmeleistung von 1'750 KW. Mit der Wärmepumpe konnten 80% des Gesamtwärmebedarfs gedeckt werden. Die Spit-zenlast wurde durch einen Kohlekessel abgedeckt. Das Wärmepumpensystem für alle Amts-häuser kostete damals 560'000 Schweizer Franken. Dazu kamen noch 260'000 Franken für bauliche Veränderungen. Trotz den Wirren der Kriegszeit wurde auch dieses Wärmepumpen-system in sehr kurzer Zeit realisiert. Es konnte noch Ende 1943 in Betrieb genommen werden. Der vertikale Rohrverdampfer (Bild 5-23) wurde direkt in der Limmat am Bahnhofquai nördlich der Uraniabrücke installiert. Bei 7 °C / 50 °C erreichte das Wärmepumpensystem eine Leis-tungszahl um 4 und einen sehr hohen Lorenz-Wirkungsgrad von 53%13. Aber auch hier bleibt offen, ob die Hilfsantriebe in die Energiebilanz einbezogen wurden [SBZ 1944], [Baumann M. In der Literatur wird auch eine Wärmeleistung von 1.86 MW und eine Leistungszahl von 4.28 bei 4° C / 50 °C er-wähnt. Dies ergäbe einen unwahrscheinlich hohen Lorenz-Wirkungsgrad von 61%.
1943 KANTONSSPITAL ZÜRICH – EIN ABGEBROCHENES PROJEKT
Im Zusammenhang mit den Schweizer Pionierleistungen ist auch das abgebrochene Projekt zur Beheizung des Kantonsspitals Zürich erwähnenswert. Das originelle Konzept sah einen zentralen Verdampfer in der Limmat und eine 750 m lange Ammoniakleitung zur Wärmepumpe im 77 m über der Limmat gelegenen Spital vor [Egli 1943]. Der Verdampfer in der Limmat wur-de bereits gebaut. Aber als nach dem Weltkrieg die Dringlichkeit für dieses Projekt nicht mehr gegeben war, wurde es gestoppt und der Verdampfer wurde wieder abgebrochen.
5.2.2 Ausgewählte weitere Wärmepumpen
Auch ausserhalb der Stadt Zürich wurden zahlreiche Wärmepumpen gebaut. Von diesen wer-den im Folgenden einige interessante Beispiele herausgegriffen. Escher Wyss installerte 1941 eine Wärmepumpe in der Brauerei Baumberger in Langenthal mit gleichzeitiger Nutzung von Wärme (Spülen der Flaschen, Raumheizung) und Kälte (Produktion von Eis und Kellerkühlung). Auch Sulzer baute Kälteanlagen mit gleichzeitiger Ab-wärmenutzung, beispielsweise für die Kunstseidefabrik in Widnau oder einer Grossmetzge-rei in Basel. Bei diesen Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen mit „doppeltem Nutzen“ ergaben sich Gesamtleistungszahlen bis 5.5 [Ostertag 1946]. Auf Initiative des Kunden wurde 1943 in der Firma Truninger in Solothurn eine ausserge-wöhnliche Ammoniak-Kleinwärmepumpe mit einer Heizleistung von 10 kW installiert. Diese wurde über eine kleine Francis-Turbine und einen Riementrieb durch einen nahegelegenen Bach angetrieben, und sie nutzte diesen Bach auch als Wärmequelle. Der Kondensator war di-rekt in dem zu beheizenden Raum angeordnet. Der Betrieb an kalten Wintertagen erzwang ei-ne mühsame manuelle Enteisung des Verdampfers im Bach. Trotzdem war dieses Kleinsystem bis 1963 in Betrieb. 1982 hat die Firma Truninger in ihrem neuen Gebäude in Langendorf er-neut eine Wärmepumpenheizung installiert [Truninger et al. 2007]. Escher Wyss realisierte die Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung bereits 1944 an ei-ner 128 kW Ammoniak-Wärmepumpe, welche in den Etzelwerken der Schweizerischen Bun-desbahnen in Altendorf installiert wurde. Dies nutzte warme Abluft aus den Transformatorstati-onen als Wärmequelle. Dank der Wärmequellentemperatur zwischen 20°C und 30 °C und einer für jene Zeit äusserst tiefen Heizungsvorlauftemperatur von nur 48 °C erreichte diese Wärme-pumpe Leistungszahlen von 6 bis 11. Die Wärmepumpe vermochte 75% des Gesamtwärme-bedarfs zu decken. Ein interessantes Beispiel für die Freude und den Mut zu neuen Lösungen ist auch das 1946 für die Lederwarenfabrik Schaffhausen gebaute Ammoniak-Wärmepumpesystem. Es be-stand aus zwei Kolbenkompressoren und einem direkt im Rhein angeordneten Steilrohrver-dampfer. Als riskante Besonderheit wurden die Fabrikationsräume auf 6 Stockwerken direkt durch Plattenkondensatoren auf jedem Stockwerk beheizt. Ab diesen Plattenkondensatoren wurde die Wärme durch eine Warmluftheizung mit Ventilator in die Räume verteilt. Diese Wär-mepumpe ist nach 62 Jahren immer noch in Betrieb – und dies nicht nur für Demonstrati-onszwecke. Die äusseren Anlageteile wurden allerdings modifiziert (korrodierten Verdampfer ersetzt, Anzahl der beheizten Räume von 9 auf 6 reduziert) [Bosshart 2008]. Zwischen 1945 und 1950 hat auch Sulzer zahlreiche Wärmepumpen gebaut. Anstelle der übli-chen Radiatoren hat Sulzer schon sehr früh Strahlungsheizungssysteme eingeführt. Diese wa-ren für den Wärmepumpenbetrieb besonders geeignet [Ostertag 1947]. Ein gutes Beispiel für Sulzers Wärmepumpenaktivitäten in dieser Periode ist die Wärmepumpe für das Administrati-onsgebäude der Metallwerke Selve in Thun. Sie nutzte Grundwasser als Wärmequelle und deckte bei einer Heizleistung von 440 kW gegen 92% der Gesamtheizleistung. Die Zentralhei-zung hatte eine für die damalige Zeit sehr tiefe Vorlauftemperatur von maximal 40°C. Mit 4.5 war die Jahresarbeitszahl entsprechend erfreulich hoch. Ein Sulzer-Wärmepumpensystem er-reichte im den Ziegelwerk Frick durch Nutzung feuchter Abluft sogar eine Leistungszahl von 5.2 [Brügger et al. 1991]. Therma Schwanden14, ein bekannter Hersteller elektrischer Wiederstandsheizungssysteme, plante und baute 1948 eine eigene Wärmepumpe zur Beheizung seines Personalhauses. Die-ses Gebäude war für damalige Verhältnisse gut isoliert. 70% des Wärmebedarfs wurde bereits über ein Fussbodenheizungssystem gedeckt. Die restlichen Räume waren mit gut dimensio-nierten Radiatoren ausgerüstet. Die Wärmepumpe wurde mit Grundwasser ab rund 7 °C als Wärmequelle und R-12 als Kältemittel betrieben. Sie diente auch zur Warmwasserbereitung auf 45 °C. Die zwei Achtzylinderkompressoren wurden über Keilriemen angetrieben. Die Wär-mepumpe erreichte einen Lorenz-Wirkungsgrad von 35% [Ostertag 1949]. Es bleibt allerdings auch hier unklar, ob dieses Resultat auch die Hilfsantriebe berücksichtigt.
5.3 Internationale Meilensteine der Wärmepumpenheizung
U.S.A. UND KANADA.In den U.S.A. wurde 1930 eine Wärmepumpe in ein Haus in Tucson/Arizona eingebaut. Es gab aber in den U.S.A. noch weitere Wärmepumpeninstallationen: 1932 wurde ein Bürogebäude der Southern California Edison Company in Los Angeles mit einer 420 kW Klimaanlage ausgerüstet. Therma AG in Schwanden wurde 1978 von Electrolux übernommen und entwickelte sich zu einer der modernsten Fabrikationsstätten Europas für grössere Haushaltanwendungen. Die Leistungszahl für die Raumheizung lag bei 9°C / 23.5°C nur bei bescheidenen 2 [Ostertag 1946], was einem Lorenz-Wirkungsgrad von lediglich 9.8% ent-sprach. Willis Carrier installierte 1932 seine erste Wärmepumpe im Hauptbüro der „Uji utility“ in Japan. Frigidaire demonstrierte 1933 an der Weltausstellung "Century of Progress" von Chi-cago die Ganzjahresklimatisierung in Einfamilienhäusern [Nagengast et al. 2006]. Bis 1940 wurden in den U.S.A. weitere rund 40 „Wärmepumpen“ im Leistungsbereich von 25 kW bis 1'200 kW installiert. Diese offerierten als Zusatz zur obligaten Sommerkühlung auch eine Heizung im Winter – allerdings mit sehr bescheidener Effizienz. Aber diese „Wärmepumpen“ blieben vor 1938 eine Kuriosität. Effizienzvergleiche der Kompressions-Klimatisierungssysteme in der Ohio Power Company in Portsmouth (Luft/Luft) und in Coshocton (Wasser/Luft) zeigten auch 1940 recht geringe Effizienz [Ostertag 1946], [Thevenot 1979], [Groff 2005]. Um 1945 hat Robert C. Webber, ein Angestellter der „Indianapolis Power & Light Co“, mit sei-nem Tiefgefrierapparat experimentiert. Er senkte die Temperatur im Gefrierraum ab und ver-brannte sich dabei beim Berühren der Wärmesenkenseite beinahe die Hände. Er nutzte darauf diese sonst verlorene Wärme zum Aufheizen des Zulaufs zu seinem Warmwasserboiler und produzierte so mehr Warmwasser als seine Familie brauchen konnte. Es blieb immer noch Abwärme übrig und deshalb leitete er warmes Wasser durch ein zylindrisch gewickeltes Rohr. Durch diesen blies er mit einem kleinen Ventilator Luft und konnte damit Kohle zur Raumhei-zung sparen. Webber war so erfreut über diese Ergebnisse, dass er beschloss, eine richtige Wärmepumpe zur Versorgung seines ganzen Hauses zu bauen. Dabei kam er auf die Idee, Wärme aus dem Erdboden mit einer über das ganze Jahr recht konstanten Temperatur zu entziehen. Er verlegte 152 m Kupferrohr zwei Meter unter der Erdoberfläche und liess das FCK-Kältemittel direkt in diesen Rohren verdampfen. Damit war die erdgekoppelte Wärme-pumpe mit direkter Kältemittelverdampfung geboren. Die elektrische Wärmepumpe hatte eine Antriebsleistung von 2.2 kW. Die Wärme wurde im Haus durch ein Warmluftsystem ver-teilt. Im darauf folgenden Jahr hat Webber seinen alten Kohleofen verkauft. In Kanada wurde die erste erdgekoppelte Wärmepumpe 1949 installiert [Sanner 1992], [IGSHPA 2007].Für die Fenster- und Wandklimageräte zur Raumkühlung und flammenlosen Heizung gab es in den U.S.A. rasch eine grosse Nachfrage. Um 1947 waren davon bereits 43’000 Einheiten verkauft [Nagengast et al. 2006]. Aber es gab wie oben erwähnt auch grössere Installationen, wie die Wärmepumpe zur Kühlung und Heizung des Equitable Building (ein Bürogebäude mit 14 Stockwerken) aus dem Jahr 1948 [ASME 80].
ENGLAND
T.G.N. Haldane baute 1927-1928 in England die erste Wärmepumpen-Klimatisierungsanlage zum Beheizen seines Büros in London und seines Hauses in Schottland. Ab 1946 wurden eini-ge Wärmepumpenprototypen installiert (1948 waren es ein Dutzend). Davon sei die Wärme-pumpe erwähnt, mit der die Festhalle für die britischen Feiern zum Kriegsende beheizt wurde. Dieser diente die Themse als Wärmequelle und der Kompressor wurde durch ein mit Stadtgas betriebenes Düsentriebwerk angetrieben [Thevenot 1979]!
DEUTSCHLAND
Die Deutschen, insbesondere K.Nesselmann und W.Niebergall, waren an Absorptionskältema-schinen im Wärmepumpenbetrieb interessiert. Einige dieser Aggregate wurden ab 1947 zur Erzeugung von Prozesswärme und zur Klimatisierung in mehreren Ländern installiert.
5.4 Brüdenkompression – eine Schweizer Erfolgsgeschichte
Der eigentliche Anfang der Salzproduktion durch mechanische Brüdenkompression fand in den 1920er Jahren statt, als es gelang, eine Lösung zur Verhinderung der Verkrustung der Wär-meübertragungsoberflächen durch Abtrennen der verkrustungsbildenden Mineralien zu finden und als die Korrosionsprobleme gemeistert wurden. Die erste Pilotanlage mit Radialkom-pressoren wurde 1920 in der deutschen Saline Reichenhall installiert. Sie wurde in enger Kooperation mit der Schweizer Firma Kummler & Matter gebaut. Anfänglich traten noch ernsthafte Kompressorkorrosionsprobleme auf, und zudem erwies sich der Prozess komplexer als erwartet. Deshalb wurde er 1923 der Firma Escher Wyss übergeben. Bereits 1926 konnte die erste industrielle Brüdenkompressionsanlage mit einem Turbokompressor (344 kW) in Betrieb genommen werden. Die fruchtbare Zusammenarbeit mit den Bayrischen Salzwerken gab Escher Wyss entscheidende Anstösse für die spätere Entwicklung von Wärmepumpen [Wirth 1955, 1995]. 1941 baute Escher Wyss eine Brüdenkompressionsanlage in der Schweizer Saline Riburg (Rheinsalinen) für eine Kochsalzproduktion von 40’000 Tonnen pro Jahr: Bild 5-24 und Bild 5-25. Eine Erweiterung um einen zusätzlichen Kompressor erfolgte 1959. 1973 wurde durch Escher Wyss eine neue Anlage mit einer Kapazität von 250'000 Tonnen pro Jahr gebaut: Bild 5-26. Sie ersetzte die historische Anlage von 1941 und blieb für manche Jahre Europas gröss-te Anlage. 1943 wurde auch die Schweizer Saline Schweizerhalle zu einer Brüdenkompressi-onsanlage umgebaut. 1964 wurde diese Anlage umgebaut und erhielt ein verbessertes Ein-dampfsystem mit einem Vierstufen-Radialkompressor: Bild 5-27. Es erreichte Leistungszahlen von 13.5. Heute arbeiten in den Salinen Riburg und Schweizerhalle die grössten Wärmepumpensys-teme der Schweiz mit einer Gesamteindampfleistung von rund 80 MW: Bild 5-28 [Winkler 1995], [Lieberherr 2007]. In der Schweiz wird in den Zuckerfabriken Aarberg und Frauenfeld Zucker aus einheimischen Zuckerrüben mit einem Zuckergehalt von ca. 17% produziert. Sie stellen zusammen rund 230’000 Tonnen Weisszucker pro Jahr her. Gegen Ende 1945 wurde auch die Zuckerfabrik Aarberg auf Brüdenkompressionsbetrieb umgerüstet. Diese Anlage wurde von Escher Wyss gebaut. Die Mehrstufen-Eindampfanlage für das Konzentrieren der Zuckerlösung wurde durch einen doppelflutigen Radialkompressor (Bild 5-29) mit einer Antriebsleistung von 2.9 MW betrieben. Dazu komprimierte der Escher-Wyss-Kompressor für die erste Verdampfungs-stufe 125 Tonnen Dampf pro Stunde von 0.9 auf 1.3 bar. Diese weltweit erste Kombination der Brüdenkompression mit einer Mehrstufeneindampfanlage erreichte eine hervorra-gende Leistungszahl von 26.8! Die Anlage war bis 1984 in Betrieb. Dann wurde sie vergrös-sert und auf den neuesten technischen Stand gebracht. Der neue Radialkompressor von Atlas Copco (Bild 5-30) hatte nur noch 60 Tonnen Dampf pro Stunde von 1.1 bar auf 1.57 bar zu verdichten und der Leistungsbedarf des Elektromotors konnte auf 1.84 MW reduziert werden. Ein zweites Brüdenkompressionssystem diente der Verdampfungskristallisation. Zu diesem Zweck komprimierte ein 3.3 MW Axialkompressor von Escher Wyss (Bild 5-31) 25 t/h Dampf von 0.25 bar auf 1.5 bar. Dies Teilsystem erreichte eine Leistungszahl von rund 5.3 [Brunner 1981] und war während 46 Jahren bis 1991 in Betrieb! Dann wurde der historische Kompressor anlässlich einer Totalrevision der Verdampfungskristallisation durch einen neuen Radialkompressor von Sulzer – Escher Wyss15 (Bild 5-32) zur Verdichtung von 25 t/h Dampf von 0.23 bar auf 0.73 bar ersetzt. Damit wurde eine Leistungsreduktion des elektrischen Antriebmotors auf 2.0 MW erreicht [Brunner et al. 1981, 1992], [Brunner 1992], [Fankhauser 2007].
6 DIE PERIODE TIEFER ENERGIEPREISE 1951-1972
In den 1950er und 1960er Jahren fielen die Ölpreise stetig. Dadurch wurden in kälteren Klima-zonen alle Wärmepumpenaktivitäten zu reinen Raumheizzwecken stark gebremst. Daraus er-gab sich leider auch eine Stagnation in der Weiterentwicklung der Wärmepumpen. Eine weitere Folge war auch ein Stillstand in deren Marktdurchdringung, da in dieser Periode für Wärme-pumpen im Allgemeinen keine akzeptablen Amortisationszeiten mehr erreichbar waren. Bis zum Erdölembargo im Jahr 1973 waren Wärmepumpeninstallationen deshalb auch Spezialfälle mit besonders günstigen Randbedingungen beschränkt.
Dagegen gab es in wärmeren Klimazonen weiterhin einen Bedarf sowohl für die Raumkühlung und die mit entsprechenden Geräten mögliche Raumheizung. In diesen Klimazonen mit Priori-tät auf Raumkühlung waren die „Wärmepumpen“ weiterhin erfolgreich. Der Erfolg der Klimati-sierungsgeräte sicherte das Wärmepumpen-Know-how und ermöglichte eine Weiterentwick-lung. Vorab in den U.S.A. und in Japan gab es einen deutlichen Aufschwung der Wärmepum-penanwendung in Wohngebäuden und in der Kühlung von Automobilen. Europa und namentlich Schweizer Firmen übernahmen in dieser Zeit die Führung im Raumlüf-tungsbereich [Scholten 2004].
6.1 Komponenten und Kältetechnik
In dieser Zeitperiode war die Entwicklung gekennzeichnet durch die Einführung des Schrau-benkompressors, eine deutliche Verbesserung der übrigen Kompressortypen, das Anhalten des triumphalen Siegeszuges der halogenierten Kohlenwasserstoffe und nicht zuletzt durch die aufkommenden Computer.
6.1.1 Dampfkompressionsprozess
KOMPRESSOREN
In dieser Zeitperiode war der Schraubenkompressor die einzig wirklich neue Maschine. Die Firma Ljungstroms Angturbin änderte ihren Namen 1951 in Svenska Rotor Maskiner AB. Diese Firma hat für Schraubenkompressoren grundlegende Entwicklungen durchgeführt und in der Folge an fast alle Schraubenkompressorhersteller Lizenzen vergeben [Cashflo 2007]. Durch Öleinspritzung konnte das mit Schraubenkompressoren erreichbare Druckverhältnis deutlich erhöht werden. Damit war der Schraubenkompressor 1958 auch reif für die Kältetechnik. Diese Maschinen fanden in der betrachteten Zeitperiode aber infolge des geringen Wirkungsgrads und bescheidener Druckverhältnisse noch keine weite Verbreitung in der Kältetechnik. In den 1970er Jahren hat Bernhard Zimmern in Paris den „Mono-Schraubenverdichter“ mit nur einer Welle und zwei Verdrängerrädern entwickelt. 1974 hat auch Grasso in Holland einen Einwellen- Schraubenkompressor eingeführt. Schraubenkompressoren erreichten aber erst nach et-wa 1980 signifikante Stückzahlen. Sie wurden hauptsächlich in den U.S.A., Schweden, Deutschland, Holland und Japan produziert. Die lang anhaltende Konkurrenz zwischen Kolben- und Schraubenkompressoren wurde gegen das Ende der 1980er Jahre durch die Einsicht, dass sich diese beiden Maschinen gut ergänzen, abgelöst: Die Vorteile der Kolbenkompressoren überwiegen bei tieferen und jene der Schraubenkompressoren bei höheren Leistungen [Frommann 2004], [Thevenot 1979]. Bei der Massenproduktion waren die U.S.A. Westeuropa weit voraus. Die Massenfertigung hermetischer Kompressoren begann in den 1950er Jahren. Brown Boveri (BBC) entwickel-te und produzierte nicht nur grosse Turbokompressoren. Um 1960 war BBC Mannheim mit 25'000 Einheiten pro Jahr für Leistungen bis 10 kW Europas grösster Produzent von offenen und halbhermetischen Kältemittelkompressoren. Zu jener Zeit produzierte BBC auch Kühl-schränke [Stenzel 2004]. 1956 baute Sulzer den ersten ölfreien Labyrinthkolbenkompressor für Kältemittel und die dänische Sabroe führte den W-Typ Ammoniakkolbenkompressor mit 1'200 U/min ein. In den frühen 1950er Jahren erreichte eine Stufe eines Radialturbokompressors ein Druck-verhältnis von nur etwa 1.5. Durch enorme Anstrengungen in den Bereichen der Werkstoffwis-senschaft, der Strömungslehre und der Genauigkeitssteigerung in der Fertigung wurde es möglich, die Rotordrehzahl so weit zu erhöhen, dass die Rotoren Tangentialgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit erreichen. Es wurde damit möglich, ein Druckverhältnis um 8 in einer Stufe zu erreichen. In dieser konzertierten Forschungsanstrengung spielten in der Schweiz die Firmen Escher Wyss und Brown Boveri in enger Zusammenarbeit mit der ETH Zürich eine hervorragende Rolle. Sulzer installierte 1958 den ersten Hochgeschwindigkeits-Radialkompressor in einer Klimatisierungsanlage in England. Um eine Verdampfungstempe-ratur von –55 °C zu erreichen, wurden 1967 zwei Sulzer-Turbokompressoren in Serie geschal-tet [Friotherm 2008].
KÄLTEMITTEL
Gegen Ende der 1950er Jahre haben die halogenierten Kohlenwasserstoffe praktisch alle alten Kältemittel ersetzt. Dies mit Ausnahme von Ammoniak, welches in grossen, industriellen Anlagen weiterhin verwendet wurde. Ab 1968 wurde das teilhalogenierte R-22 zum Standard-kältemittel für Kleinklimageräte und Wärmepumpen [Nagengast et al. 2006].
COMPUTER
In den späten 1960er und frühen 1970er Jahren kamen in der Kältetechnik die ersten Compu-ter zum Einsatz und provozierten rasch einen enormen technologischen Wandel. Ursprüng-lich revolutionierten die noch voluminösen, in speziell klimatisierten Räumen betriebenen Com-puter die Berechnung der Anlagen und ersetzten dort Rechenschieber, Logarithmentafeln und langsame, geräuschvolle mechanische Rechenmaschinen. Damit konnten optimale Lösungen für Komponenten und ganze Anlagen viel präziser und in einem kleinen Bruchteil des früheren Zeitbedarfs gefunden werden. Bald eroberten die Computer auch den Betriebsbereich. In den frühen 1970er Jahren hat Brown Boveri16 mit dem System „ULMA“ das weltweit erste kom-merzielle Online-Überwachungssystem eingeführt. Die frühen ULMA-Generationen basierten noch auf der patentierten Phototransistortechnologie. Einige dieser Installationen sind in Pa-pierfabriken noch heute in Betrieb [ABB 2008]. Inzwischen wurde ABB (Asea Brown Boveri) einer der Marktführer in der Automatisierungstechnik und im Bereich drehzahlvariabler Antriebe. Dies auch im Bereich grösserer Wärmepumpenanlagen. ABB ging 1988 aus dem Zu-sammenschluss der Schweizerischen Brown Boveri Baden und der Schwedischen ASEA hervor.
6.1.2 Absorptionsprozess
Obwohl der Dampfkompressionsprozess immer effizienter und billiger wurde, behielten Ab-sorptionskühlschränke in lärmempfindlichen Bereichen wie Hotelzimmern oder Campingwa-gen ihren hohen Marktanteil. Bei Campinganwendungen war auch der zusätzliche Vorteil, mit unterschiedlichen Energien betrieben werden zu können, entscheidend. Um 1950 wurden die ersten solarbeheizten Absorptionskühlschrank-Protoypen, insbesondere von G. Lof, gebaut [Nagengast et al. 2006]. In Japan und in den U.S.A. hielt das „Goldene Zeitalter der Absorption“ noch weiter an. 1959 führte Trane die erste hermetische Ausführung ein. 1960 baute Carrier bereits 3.5 MW Einhei-ten. Es gab aber noch viele andere US-Firmen, welche Absorptionskältesätze produzierten. Um 1965 wurden Kälteleistungszahlen um 0.6 bis 0.7 erreicht. Da die Kosten für Heizöl und Dampf gering waren, wuchs der Markt für Absorptionskältemaschinen rasch und erreichte in den U.S.A. um 1970 mit einem Wasserkältesatzanteil von 25% sein Maximum. Vor allem in Ja-pan wurden höhere Wirkungsgrade angestrebt. Kawasaki Thermal Engineering baute 1964 ei-ne indirekt beheizte Doppeleffekt-Absorptionskältemaschine. 1965 bauten Mitsubishi und Eba-ra ihre ersten Einheiten. Auch Sanyo und Hitachi führten in den 1960er Jahren neue Aggregate ein. In den späten 1960er Jahren begannen auch in den U.S.A. mehrere Firmen in effizientere Prozesse zu investieren. Um 1970/1971 bauten Carrier und Trane in ihren Laboratorien eben-falls indirekt beheizte Doppeleffekt-Einheiten. Trane kommerzialisierte sie 1972 [Burget et al. 1999].
6.2 Wärmepumpen in der Schweiz
Wie bereits erwähnt, kam es in dieser Periode bei den „normalen“ Wärmepumpen zur aus-schliesslichen Wärmeerzeugung zu einer Stagnation. Im Gegensatz dazu wurden einige inte-ressante Brüdenkompressionsanlagen gebaut.
6.2.1 Seltene Wärmepumpen zu Heizzwecken
Wärmepumpen zu reinen Heizzwecken konnten der eindrücklichen Marktdurchdringung in den 1940er Jahren nicht folgen. Die Gründe waren nicht technischer Art. Sie lagen in den stetig sinkenden Heizölpreisen, welcher mit einer Zunahme der Preise für elektrische Energie einher-ging.Trotzdem wurden bereits in den 1950er Jahren Forschungsarbeiten zu horizontalen Erdkollek-toren durchgeführt. Sie führten zu ersten Richtwerten für den Wärmedurchgangskoeffizienten, die Länge und den Durchmesser der Rohre sowie den Abstand zwischen den Rohren. In Ver-suchen wurden Leistungszahlen bis 3 erreicht. Sogar die Regeneration im Sommer und La-tentwärmespeicher wurden zu jener Zeit bereits untersucht [Ostertag 1955], [Baumann et al 2007].In grösseren Kaufhäusern entstand im Sommer ein Raumkühlungsbedarf. Dies führte zu einer sporadischen Verwendung entsprechender Kältesätze zur Raumheizung im Winter. Solche Systeme wurden durch Dreyer-Hanson gebaut. Den sogenannten “Air-Topio” gab es für Käl-teleistungen von 10 kW bis 50 kW. Um 1967 baute Kurt Trüssel17, der spätere Gründer der Fi-ma KWT (Kälte-Wärmetechnik) in Belp, eine kleine Kälteanlage für eine Käserei in Mamishaus (bei Schwarzenburg FR) mit einer Kühlleistung von 5 kW und einer gleichzeitigen Nutzung der bei 45 °C anfallenden Kondensatorabwärme. Sie ist nach 40 Jahren immer noch in Be-trieb [Trüssel 2007]! Aufgrund speziell tiefer Elektrizitätstarife im Zusammenhang mit dem Bau eines neuen Kraft-werkes der Zentralschweizerischen Kraftwerke auf der Göscheneralp kam es im Spital Altdorf zur Realisierung einer 350 kW Ammoniak-Wärmepumpe zur Raumheizung und Warmwasser-bereitung. Im Interesse einer höheren Leistungszahl wurden die Heizkörper der alten 90°C / 70 °C - Zentralheizung um 40% vergrössert. Als Resultat sank die maximale Vorlauftemperatur auf immer noch sehr hohe 77°C. Das durch Escher Wyss hergestellte Wärmepumpensystem mit drei Wärmepumpeneinheiten nutzte Grundwasser als Wärmequelle und wurde 1961 in Be-trieb genommen. Bei einer mittleren Temperatur von 4 °C (Grundwasser) und 44 °C (Hei-zungsvorlauf) ergab sich mit der ersten Wärmepumpeneinheit unter Berücksichtigung der für die Grundwasserpumpe benötigten elektrischen Energie eine Leistungszahl von 4.15, welche einem respektablen Lorenz-Wirkungsgrad von 52.3% entspricht. Zwei weitere, parallel betrie-bene Wärmepumpeneinheiten erreichten bei 4 °C / 42.5°C eine Leistungszahl von 4.4 oder ei-nen Lorenz-Wirkungsgrad von 53.7%. Unter diesen Temperaturbedingungen erbrachten die drei Einheiten eine Wärmeleistung von je 116 kW. Eine Einheit wurde im Sommer auch zur Raumkühlung über eine Kühldecke genutzt [Mustoe 1977].
6.2.2 Erfolg bei der Brüdenkompression
Das weltweite Geschäft mit den Brüdenkompressionsanlagen verlief auch in diesem ersten “Tal der Tränen” trotzdem erfolgreich. In den 1960er und 1970er Jahren hielt Escher Wyss in diesem Bereich einen Weltmarktanteil von etwa 30%. Hauptkonkurrenten waren Standard Messo (Deutschland), Wiegand (Deutschland) und Swenson Evaporator (U.S.A.). Einen aus-gezeichneten Überblick über die Entwicklung der Brüdenkompressionstechnik findet man bei [Austmeyer et al. 1987, 1993].
6.3 Internationale Meilensteine der Wärmepumpenheizung
ZENTRALEUROPA
Nicht nur aufgrund des als unangenehm empfundenen Lärms und der oft lästigen Luftströ-mung, sondern auch infolge der bei den meisten Einheiten fehlenden Enteisungsmöglichkeit fanden die Klimatisierungseinheiten aus den U.S.A. in Zentraleuropa wenig Akzeptanz. Ge-gen das Ende der 1950er Jahre waren in Zentraleuropa Warmwasserzentralheizungen mit ma-ximalen Temperaturen von 80 °C im Vorlauf und 60 °C im Rücklauf üblich. Das war natürlich für Wärmepumpen viel zu hoch. Strahlungsheizungen mit Maximaltemperaturen von 50 °C / 40 °C wurden noch als exotisch betrachtet. Sie wurden aber als Deckenheizsysteme mit der Mög-lichkeit zur Sommerkühlung bereits fabriziert [Ostertag 1958].
FRANKREICH
Bemerkenswert ist in Frankreich die Wärmepumpenbeheizung einer Fabrik und eines Büros in der Nachbarschaft eines Kühlhauses in Chalon-sur-Saône (1950) und die Beheizung von Sportzentren und Schwimmbädern insbesondere in der näheren Umgebung von Kunsteisbah-nen. 1973 gab es in Frankreich etwa 200 Wärmepumpen.
DEUTSCHLAND
In Deutschland kamen Wärmepumpen nur sporadisch zum Einsatz. Im Hinblick auf die tiefen Kosten von Kesseln und Heizöl waren die Kosten für eine ausschliessliche Wärmepumpenhei-zung zu hoch. Nur wenn sich gleichzeitig auch Kälteanwendungen ergaben, bewegte sich et-was. Beispiele sind die gleichzeitige Nutzung von Kälte und Wärme in Molkereien und die Wär-merückgewinnung bei der Klimatisierung von Kaufhäusern. Entsprechende Pilotanlagen wurden durch die Elektrizitätswirtschaft und das Ministerium für Landwirtschaft gefördert [Os-tertag 1955], [Adolph 2004], [Dienel 2004]. 1969 wurde in Deutschland die erste Sole-Wasser-Wärmepumpe mit horizontalem Erdkollektor als Wärmequelle realisiert [Sanner 1992].
ÖSTERREICH
Die österreichischen Salzwerke rüsteten ab 1951 auf Brüdenkompression um [Matl 1984].
U.S.A.
In den U.S.A. gab es eine langsame, aber stetige Entwicklung von Wärmepumpen, vorab von Einheiten im Leistungsbereich von 12 kW bis 35 kW. In den 1950er Jahren erlebten Wärme-pumpenboiler mit etwa 300 Liter Inhalt und Warmwassertemperaturen bis 65% einen starken Marktauftritt. Sie wiesen allerdings eine recht geringe Leistungszahl von nur etwa 2.2 auf und kühlten den Aufstellungsraum oft in unerwünschter Weise ab („Wärmeklau“). Dies war vor al-lem im Winter während Zeiten mit Raumheizungsnotwendigkeit von erheblichem Nachteil [Os-tertag 1955].Wie bereits in 5.3 erwähnt, wurden kleine Klimatisierungseinheiten im Leistungsbereich von 250 W bis 1 kW oft in den Fenstern installiert. Sie sorgten nicht nur für die Sommerkühlung, sondern mit der Kondensatorwärme auch für eine Winterheizung. Diese vollständig elektrisch betriebenen Ganzjahresklimageräte brachten im Sommer einen zusätzlichen Komfort und ver-breiteten sich im Süden der U.S.A. ab 1951. Die Wachstumskurve zeigte zunächst einen stei-len Anstieg (2'000 Einheiten im 1951; 10'000 im 1957 und 76'000 Einheiten im 1963). Dann entstanden aber Qualitätsprobleme. Die hohe Unzuverlässigkeit führte zu einer Stagnation der Verbreitung dieser Klimatisierungseinheiten. In diesem Zusammenhang hat ARI18 1958 die ers-te Leistungszertifizierung mit einem Qualitätslabel für diese Klimatisierungseinheiten einge-führt [Nagengast et al. 2006].Noch vor 1955 haben General Electric und die Marveyer Corporation Luft/Luft Wärmepum-pen zum Heizen und Kühlen mit einem elektrischen Antriebsleistungsbereich von 2.2 kW bis 3.7 kW verkauft. Diese waren mit einer Enteisungsvorrichtung ausgerüstet und erreichten Leis-tungszahlen im Bereich von 2 bis 3. Einige dieser Einheiten wurden auch in der Schweiz ver-kauft. J. Donald Kroeker baute 1952 Wärmepumpen für Bürogebäude und Einkaufszentren mit Grundwasser als Wärmequelle [Nagengast et al. 2006]. In den frühen 1950er Jahren wurden in den U.S.A. einige Wärmepumpen durch Verbrennungsmotoren angetrieben. Dabei wurden in einigen Fällen auch die heissen Motorabgase bereits genutzt [Ostertag 1955].
JAPAN
Ab 1950 hat Japan seine Installationen zur Klimatisierung stark ausgebaut und war an Wärme-pumpen zum Kühlen und Heizen entsprechend interessiert. Allein im Jahr 1957 wurden solche Wärmepumpen mit einer Gesamtleistung von 11.6 MW in Betrieb genommen.
7 ENTHUSIASMUS UND ENTTÄUSCHUNG 1973-1989
Das Jahr 1973 wurde zu einem der bedeutendsten Wendepunkte in der Geschichte des zwan-zigsten Jahrhunderts. Zuvor gewöhnte sich die Welt an eine unbegrenzte Verfügbarkeit der fossilen Energien Kohle, Heizöl und Ergas. Die Weltwirtschaft verliess sich vollständig auf die-se kostengünstigen Energieträger. 1973 änderte diese Situation dramatisch. Die Veränderung wurde durch einen Beschluss der Arabischen Mitglieder der OPEC (Organization of Petroleum Exporting Countries) ausgelöst. Sie beschlossen im Oktober 1973 als Antwort auf die Unter-stützung Israels im Yom-Kippur-Krieg mit Syrien und Ägypten, die Erdölversorgung der West-lichen Staaten zu reduzieren. Dieses Erdölembargo wirkte sich mit einer globalen Rezession und einer hohen Inflation verheerend auf die Weltwirtschaft aus. Die sogenannten entwickelten Nationen hatten nun zu lernen, wie sie mit weniger Energie aus-kommen können und mussten ihre enorme Abhängigkeit von importierten fossilen Energien überdenken. Das Erdölembargo löste weltweite Sofortmassnahmen aus. So wurden beispiels-weise in der Schweiz der Motorfahrzeugverkehr an Sonntagen verboten, die Raumtemperatur auf maximal 20 °C vorgeschrieben und die Strassenbeleuchtung während der Nacht ausge-schaltet usw. Als das Erdölembargo im März 1974 aufgehoben wurde, waren die Ölpreise auf über 300% gestiegen. Einen wesentlich grösseren Einfluss auf den Ölpreis als die physische Reduktion der Liefermenge und die Preiserhöhung um rund 100% durch einige OPEC-Mitglieder übten die Erdölfirmen aus. Sie ergriffen die Gelegenheit zur Gewinnerhöhung, auf die sie schon während Jahren gewartet hatten. Das Interesse an Alternativenergien und an der rationellen Verwendung der Energie war lange nur Angelegenheit einiger Idealisten geblieben. Nun rückten diese Themen in den Mittelpunkt der öffentlichen Diskussion. Weltweit wurden neue Energieversorgungsstrategien ausgearbei-tet. Dies gab nicht nur der Sonnenenergie, der Windenergie, der Biomasse und der geothermi-schen Energie neue Chancen, sondern auch der Nutzung der Umgebungswärme durch Wärmepumpen. Eine Renaissance der Wärmepumpen begann. In dieser Situation wurde durch die OECD-Staaten die Internationale Energie Agentur IEA gegründet. Diese identifi-zierte die Wärmepumpentechnologie rasch als eine der Schlüsseltechnologien zur Reduktion des Energiebedarfs im Gebäudebereich. Dies war der Anfang der internationalen Zusammen-arbeit im Wärmepumpenbereich im Rahmen des „IEA Heat Pumping Technologies Implemen-ting Agreement“ [Groff 2005].
Die Tendenz zur rationelleren Energienutzung wurde durch die zweite Ölkrise im Jahr 1979 beschleunigt und 1980 mit dem Ausbruch des Krieges zwischen Iran und Irak noch verstärkt. Im Hinblick auf die erneut auf das Doppelte angestiegenen Ölpreise wurden die alternativen Energien immer populärer. Die Haupthoffnung lag aber auf dem Ersatz des Erdöls durch Nuk-learenergie. Man wandte sich erwartungsvoll den nuklearen Hochtemperaturreaktoren und schnellen Brütern zu. Man träumte auch von der Realisierbarkeit der Energiegewinnung durch Fusionsreaktoren bis zur Jahrtausendwende. Gleichzeitig stiegen ernsthafte Bedenken über die Umweltverschmutzung auf, welche sich im sauren Regen und im Waldsterben besonders deutlich manifestierten. All dies begünstigte die Heizung mit Wärmepumpen und führte zu ei-nem zweiten Wärmepumpenboom.Das (zu) rasche Wachstum des Wärmepumpengeschäfts führte aber zu zahlreichen Anbietern mit ungenügenden Fachkenntnissen. Das war einer der Hauptgründe für den Zusammen-bruch des Europäischen Wärmepumpengeschäfts gegen das Ende der 1980er Jahre. Deshalb wurden die 1980er Jahre für die Heizungs-Wärmepumpen zum zweiten „Tal der Trä-nen“.
7.1 Komponenten und Kältetechnik
Hauptentwicklungen in dieser Periode waren der Durchbruch von Scroll- und Schraubenkom-pressoren, das Ende der Fluorchlorkohlenstoffe FCK, der definitive Durchbruch der Platten-wärmeübertrager und die Mikroprozessorregelung.
7.1.1 Dampfkompressionsprozess
KOMPRESSOREN
1972, 67 Jahre nach der Erfindung von Leon Creux begann die Arthur D. Little Co. in Cam-bridge, Mass. die Entwicklung der Scrolltechnologie für die Kompressoren von Klimaeinheiten. Im Hinblick auf die Bedeutung dieser Arbeiten finanzierte sie zusammen mit Trane die For-schungsarbeiten für Scrollkompressoren. Dank der neuen computergesteuerten und hoch-präzisen Frästechnik wurde in den 1980er Jahren die industrielle Fertigung von Scroll- und Schraubenkompressoren voran getrieben. Die erste Massenfertigung von Scrollkompressoren durch Copeland erfolgte 1986. 1992 erreichte die dritte Generation von Copeland Scroll-kompressoren eine Jahresproduktionsmenge von einer Million Einheiten. Die Herstellung wur-de globalisiert (in Europa seit 1995) und erreichte gegen Ende 1997 10 Millionen Stück. 2001 folge ein Scrollkompressor mit Dampfzwischeneinspritzung - dies war für Sanierungswärme-pumpen ein sehr erfreulicher Schritt19. In den U.S.A. wurde Bristol Compressors ein weiterer, bedeutender Hersteller von Scrollkompressoren. Maneurop (eine Tochtergesellschaft von Danfoss) in Lyon, Frankreich, wurde zum wichtigsten europäischen Konkurrenten für Scroll-kompressoren. In Deutschland begann die Massenfertigung von Schraubenkompressoren ge-gen das Ende der 1980er Jahre [Frommann 2004].Die untere Leistungsgrenze für Radialkompressoren lag in der Grössenordnung von 200 kW. 1975 betrug die höchste Antriebsleistung für einen Radialkompressor 25 MW. Axialkompres-soren wurden in der Kältetechnik erst nach den Radialkompressoren eingesetzt20. Sie kamen dann nur für sehr grosse Leistungen, insbesondere bei der Kompression von Erdgas vor der Verflüssigung zum Einsatz. In Skikda, Algerien, hat die BST (Brown Boveri Sulzer Turbo Ma-chines) Maschinen mit über 80 MW Leistung auf einer Welle eingesetzt [Thevenot 1979]. Die deutsche Borsig baute einen Axialturbokompressor für eine Ammoniak-Kälteanlage mit einer Kälteleistung von 12 MW. 1973 brachte Sulzer eine neue Generation von Hochgeschwindig-keits-Radialkompressoren, den sogenannten „UNITURBO“, auf den Markt [Friotherm 2008].
KÄLTEMITTEL
James Lovelock berichtete 1973 über in der Atmosphäre gefundene Spuren von Kältemittelga-sen. 1974 haben Sherwood Rowland und Mario Molina vorausgesagt, dass Fluorchlorkoh-lenstoff-Kältemittel (FCK) die höhere Stratosphäre erreichen. Sie vermuteten, dass das durch partielle Dissoziation in der Atmosphäre freigesetzte Chlor die Ozonschicht, welche sich auf 25 bis 35 km über der Erde befindet und uns von der hochenergetischen UV-Strahlung schützt, schädige. Diese Furcht wurde 1978 zur Gewissheit. 1985 entdeckte man das „Ozonloch“ über der Antarktis. Gegen 1990 waren Rowland’s und Molina's Voraussagen bewiesen [Thevenot 1979].Nun folgte eines der wenigen Beispiele, bei denen sich die Menschheit im Interesse der Ver-hinderung einer Zukunftskatastrophe freiwillig und erfolgreich einschränkte. Mit dem Toronto Protokoll wurde 1984 ein Entwurf für eine schrittweise Reduktion der FCK-Verwendung beschlossen. Darauf folgte die Wiener Konvention zum Schutz der Ozonschicht. Im September 1987 wurde mit dem Montreal Protokoll ein rigoroser Plan zum Ausstieg aus den FCK-Kältemitteln vereinbart. Weltweit wurden Notprogramme zur raschen Realisierung dieses Ausstiegs lanciert. In einer Rekordzeit von nur vier Jahren wurde der Fluorkohlenwasserstoff (FKW) R-134a entwickelt. Unglücklicherweise sind R-134a und andere FKWs sehr schwer ab-baubare Substanzen (persistent), und sie haben eine sehr grosse Treibhauswirkung. In der Folge wurden speziell in Europa Lösungen mit Kohlenwasserstoffen wie Propan und Isobu-tan als Kältemittel gesucht. Diese Bemühungen fielen in den U.S.A. und in Japan aus Angst vor Haftpflichtfolgen bei Brand- und Explosionsunfällen nicht auf fruchtbaren Boden. In Europa begann 1993 die Massenfertigung von Kühlschränken mit Kohlenwasserstoffen als Kältemittel [Kunis et al. 2004], [Frommann 2004].Nicht azeotrope Mischungen von Kältemitteln wurden um 1984 eingeführt. Mit Ammoniak-Wasser können beispielweise bei Wärmepumpenboilern - oder generell bei Wärmesenken mit stark ändernder Temperatur – durch den Joule- anstelle des Ranking-Prozesses signifikant höhere Leistungszahl erreicht werden [Mucic und Schermann 1984].
WÄRMEÜBERTRAGER
In den 1970er Jahren hielten die Plattenwärmeübertrager endgültig Einzug in die Kälte- und Wärmepumpentechnik. Für synthetische Kältemittel wurden die Elastomerdichtungen bereits in der Mitte der 1980er Jahre durch gelötete Verbindungen ersetzt. Diese Technik fand eine ein-drückliche Verbreitung. Zwischen 1987 und 2001 wurden weltweit rund drei Millionen gelötete Plattenwärmeübertrager mit profilierten Platten produziert. Lasergeschweisste Plattenverbin-dungen wurden zu Beginn der 1990er Jahre eingeführt [Frommann 2004].
ELEKTRONISCHE REGELUNG
Ein entscheidender Meilenstein der 1980er Jahre war die Einführung von Mikroprozessoren21. Diese ermöglichten nicht nur den Wechsel von mechanischen P-Reglern zu PID-Reglern, son-dern auch die Verwendung von bedeutend mehr Sensoren und Aktoren. Daraus resultierte ei-ne deutlich verbesserte Temperaturregelung auf der Wärmesenken- und der Wärmequellensei-te. Dies ist für Wärmepumpen mit Luft als Wärmequelle von besonderem Vorteil. Carrier führte bereits 1989 ein durch einen Mikroprozessor mit Sensoren im Verdampfer, im Kondensator und im Kompressor gesteuertes elektronische Expansionsventil ein. Dieses System wurde als “Flotronic” bezeichnet [Szokody 2007].
KÄLTETECHNIK
Für die industrielle Kältetechnik Europas waren in den 1980er Jahren BBC-York, Stahl Kälte-technik, Sabroe, Linde und Sulzer Hauptlieferanten [Frommann 2004].
7.1.2 Absorptionsprozess
KLEINE ABSORPTIONSWÄRMEPUMPEN
In den 1980er Jahren wurden zahlreiche Versuche zur Entwicklung einer Absorptionswärme-pumpe mit Heizleistungen unter 50 kW unternommen [Loewer 1981], [Murphy und Phillips 1984], [Schäfer und Stephan 1984]. Je nach Komplexität des Absorptionsprozesses wurden zur Heizung Nutzungsgrade von 1.15 bis 1.4 erreicht. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis vermochte aber nicht zu begeistern, und auch die Probleme mit der Lösungspumpe waren wenig markt-freundlich. Absatzweise arbeitende Absorptionskälteprozesse wurden insbesondere für die Verwendung von Sonnenenergie untersucht [Peters et al. 1986]. Kleinammoniakwärmepumpen für Heizzwecke erreichten aber nie einen kommerziellen Erfolg.
U.S.A.
Die Nachwirkung des Ölembargos von 1973 begünstigte den Dampfkompressionsprozess mit seiner höheren Effizienz. Selbst bei den grossen Wasserkühlsätzen in den U.S.A. fiel der An-teil an Absorptionsanlagen bis 1978 auf weniger als 10%.
JAPAN
In Japan war die Situation anders. Die japanischen Firmen fuhren fort, ihre Doppeleffekt-Absorptionskältesätze zu perfektionieren. 1975 übertraf der Anteil an Absorptionskältesätzen jene von Dampfkompressionskältesätzen erstmals. 1980 offerierte das Finanzministerium den Endverbrauchern, welche gasbeheizte Absorptionsaggregate einsetzten, Steuererleichterun-gen. Mitte der 1980er Jahre haben die grossen Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskältesätze für die Kühlung Nutzungsgrade von 1.2 überschritten. In Japan wurden Absorptionsanlagen bis über 31.6 MW Kälteleistung gebaut.
7.2 Schweizer Beiträge zur Wärmepumpenheizung
Im Anschluss an mehr als zwei Dekaden der Stagnation erfuhren die Wärmepumpen durch das Ölembargo von 1973 eine Wiedergeburt. Adolf Ostertag, der Leiter der Ingenieurabteilung von Escher Wyss für Kältetechnik und Wärmepumpen vor und während dem zweiten Weltkrieg, er-innerte in einer Publikation an die Grundlagen und Besonderheiten der Wärmepumpentechnik zur Raumheizung und Warmwasserbereitung und deren Integration in Fernheiznetze [Ostertag 1974].Die Entwicklung einer zweiten Generation von Wärmepumpen für Wasserzentralheizungen für Einfamilienhäuser und grössere Wohnbauten begann unmittelbar nach dem Ölembargo von 1973. Gegen 1980 erreichten korrekt funktionierende kleinere Wärmepumpeneinheiten (10 - 25 kW) nur etwa 1.9 bis 2.3 für Luft als Wärmequelle. Die Werte bei Sole/Wasser-Systemen mit horizontalen Erdkollektoren waren nicht viel grösser [Hubacher 2007]. Böse Gerüchte mit Jah-resarbeitszahlen nur wenig über 1 wurden in der Tagespresse abgedruckt [Blattmann 1981]. Der anfängliche Wärmepumpenboom endete mit dem sich verschlechternden Ruf der Wärme-pumpe. Dies war auf eine zu grosse Zahl unseriöser Anbieter mit technisch bedenklich konzi-pierten Anlagen und ungenügender Installationsplanung zurückzuführen.Die dritte Generation von Kleinwärmepumpen nach der zweiten Ölkrise im 1979/1980 war weniger voluminös und hatte einen kleineren Kältemittelinhalt. Mit Ausnahme von Luft blieben horizontale Erdkollektoren – oft kombiniert mit unverglasten Dachkollektoren – die Hauptwär-mequelle. Es wurden aber auch thermoaktive Gebäudeelemente mit integrierten Rohrleitungen (Wände und Dächer vorfabrizierter Garagen, Fassadenelemente und spezielle Dachziegel) verwendet. R-502 wurde zum bevorzugten Kältemittel für Wärmepumpen, ohne R-22 und R-12 ganz zu verdrängen. Nebst der Beheizung von Einfamilienhäusern wurden grössere Wärme-pumpen für öffentliche Gebäude, Einkaufszentren, Schwimmbäder, Hallenschwimmbäder und industrielle Prozesse (vorab in der Nahrungs- und Metallindustrie) etc. gebaut.In den 1980er Jahren kamen auch Wärmepumpen mit direktem Gasmotor- und Dieselmotor-antrieb im Leistungsbereich von 200 kW bis 1'000 kW auf [Bitterli 1986]. Sie waren allerdings nicht erfolgreich. Nach einigen Betriebsjahren hatten sie mit zu häufigen Pannen und zu hohen Unterhaltskosten zu kämpfen. Zudem waren sie im Betrieb nicht so flexibel wie die Kombinati-on von Blockheizkraftwerken mit Wärmepumpen. Diese ist bedeutend zuverlässiger und es werden trotz kleiner Verluste bei Energieumwandlung und im elektrischen Netz Nutzungsgrade von 150% und mehr erreicht [Zogg 1995].Bevor gegen Ende der 1980er Jahre ein erfolgreicher Neustart mit kompetenten Anbietern er-folgen konnte, benötigte der Wärmepumpenmarkt eine gewisse Selbstreinigung und konzertier-te Begleitmassnahmen zur Qualitätssicherung. 1993 gab es auch einen Versuch zur einer fruchtvollen Zusammenarbeit der Wärmepumpenhersteller SHF Ostermundigen (Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen) und Schweizer Hedingen (Luft/Wasser-Wärmepumpen) sowie die für Kleinwärmepumpen vertriebsorientierten Firmen CTC Wärmetechnik Zürich und Scheco Winterthur. Das Konsortium „Integral Wärmepumpen” überlebte aber nur wenige Jah-re.
7.2.1 Wärmepumpenpioniere im Einfamilienhausbereich (10-50 kW)
In diesem Leistungsbereich wurde unmittelbar nach 1973 sehr viel unternommen – aber es gibt nur wenige Dokumente dazu. Die Pioniere in diesem Bereich haben alle Arten von Wärme-pumpensystemen realisiert – nicht selten Tag und Nacht. Aber sie kümmerten sich nicht um Publikationen. Deshalb sind die meisten der folgenden Ausführungen aus persönlichen Inter-views mit den betreffenden Personen entstanden. Für die Heizung von Einfamilienhäusern lag der häufigste Wärmeleistungsbedarf an den käl-testen Tagen im Jahr im Bereich von 15 kW bis 25 kW. Bei Zweifamilienhäusern lag er etwas höher. Es gab noch keine geeigneten Wärmepumpensysteme für Warmwasser-Zentralhei-zungen mit Luft oder Grundwasser als Wärmequelle. Dies motivierte zahlreiche Pioniere zur Entwicklung tauglicherer Lösungen für diesen Bedarf. Es handelte sich dabei meist um ge-schickte Monteure und Techniker aus den Bereichen Kältetechnik, Klimatisierung und Elektrizitätsversorgung. Diese Pioniere produzierten Wärmepumpen in kleinen Stückzahlen auf gewerblicher Basis im Allgemeinen für den Schweizer Markt. Alle benützten kostengünstige hermetische Kolbenkompressoren und andere Komponenten aus dem Weltmarkt für die Kälte-technik. Als Kältemittel verwendeten sie meist R-12 und später R-22. Bis 1978 waren horizon-tale Erdkollektoren (Bild 7-1, Bild 7-2) üblich. Diese wurden oft mit unverglasten Dachkollek-toren (Bild 7-3, Bild 7-4) kombiniert [Promatec 1978] detailliert beschrieben. Sie wurde gelegentlich auch für Wohnblocks verwen-det [Baumann und Züllig 1983]. Es gab aber auch recht exotische Lösungen, wie das im Bild 7-5 gezeigte Gasmotorwärmepumpensystem mit einer Kombination von Dachkollektoren und Wärmerückgewinnung aus dem häuslichen Abwasser. Die oft kritisierte elektrische Wider-standsheizung war ein wichtiger Wegbereiter für die Wärmepumpen. Ihre relativ hohen Ener-giekosten erforderten eine gute thermische Isolation der Gebäude, ein gut ausgebautes Elektrizitätsverteilungsnetz und bei Zentralspeicheranlagen eine auch für Wärmepumpen geeignete Warmwasserheizung im Gebäude. Die Wärmepumpenpioniere, die auch oft aus dem elektrischen Widerstandsheizungsbereich stammten, ergriffen die Chance für eine effizientere Nutzung der Elektrizität.
GRIMM / NEUCALORA
Einer der ersten unter diesen Wärmepumpenpionieren war der 1928 geborene Heinz Grimm. Nach einer Berufslehre als Werkzeugmacher betätigte er sich sehr vielseitig. Seine Aktivitäten reichten von elektrischen Freileitungen bis zur Klimatisierung. 1960 machte er sich selbständig und produzierte elektrische Zentral-Widerstandsheizungen für die Bernischen Kraftwerke (BKW). Sein erstes Wärmepumpenfunktionsmuster hat er 1973 gefertigt. Der erste Betrieb überdauerte nur eine Nacht. Dies hinderte Grimm aber nicht daran, sein neues Funktions-muster in Zusammenarbeit mit den BKW gegen Ende 1973 an der Oberländer Herbstausstel-lung (OHA) in Thun vorzustellen. 1974 installierte Grimm seine erste Wärmepumpe in einem Einfamilienhaus in Wynigen. Ursprünglich benützten Grimm’s Wärmepumpen – man nannte sie „Grimm-Maschinen“ – horizontale Erdkollektoren aus Polyethylenrohren: Bild 7-1. Später hat er diese zur Regeneration des Erdbodens mit Dachkollektoren (Bild 7-3) kombiniert. Diese bestanden ebenfalls aus Polyethylenrohren. Sie wurden entweder auf dem Dach oder unter dem Dach zwischen den Sparren (Bild 7-4) angeordnet. Grimm nutzte aber auch Luft, Grund-wasser und Seewasser als Wärmequelle. Zur lärmfreien Nutzung von Umgebungsluft baute er Energiezäune (Bild 7-6). Er experimentierte auch mit Latentwärmespeichern und Kom-pressoren mit variabler Drehzahl zur Leistungsanpassung. In seiner Wärmepumpe fanden Verdampfung und Kondensation an auf der eigenen Drehbank hergestellten Doppelrohrwen-deln aus Kupfer statt: Bild 7-7. Bereits 1975 berichtete Grimm über in seinen erwähnten Wär-mequellen gemessene Temperaturprofile [Kunckler 1975]. Heinz Grimm baute stets ganze Wärmepumpensysteme einschliesslich der Wärmequelle und des Wärmeverteilsystems im Gebäude. In diesem Punkt wich seine Meinung von jener der Konkurrenten ab. Die hohen Kosten für die vielen Experimente führten leider zum Konkurs der Firma Grimm. 1977 schloss sich Grimm der neuen Firma Neucalora in Bern22 an. 1981 waren bereits 1'000 Grimm-Maschinen installiert und 1989 schon 2'000 Einheiten. Es bestand auch eine Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Biel und mit Lucien Borel von der ETH-Lau-sanne. 1990 wechselte Neucalora von der aufwändigen Doppelrohrkonstruktion auf Plattenwärmeübertrager. 1993 wurde die unten erwähnte Firma SHF übernommen und noch im glei-chen Jahr wurden unter dem Namen „Integral Wärmepumpen“ auch Kleinwärmepumpen für CTC23 in Zürich und Scheco in Winterthur produziert. 1995 wurde Neucalora durch den Wär-mepumpenhersteller Grünewald24 in Affoltern a.A. übernommen [Grimm 2007], [Giger 2007].
SHF / STEINMANN 1973 gründeten in Zollikofen der Mechaniker und Hauptinvestor Albert Steinmann, der Kältetechniker Karl Hess und der Verkaufsfachmann Norbert Felber die Firma SHF. SHF hatte bald einen guten Ruf für verlässliche Wärmepumpen auch für Heizleistungen über 100 kW. Einige SHF Wärmepumpen sind heute noch in Betrieb. 1976 übernahm SHF die Kältefirma AirCold in Worblaufen. Dadurch kam Manfred Beerhalter zur SHF. 1982 trat Steinmann aus der SHF aus und baute in Kirchlindach seine eigene Firma Steinmann auf. Diese wurde 2007 eine Tochter-firma von Danfoss http://www.danfoss.ch. Die Firma SHF wurde an Grünewald, später an Frutiger25 und schliesslich 1993 an Neucalora verkauft [Beerhalter 2007], [Grimm 2007].
GRÜNIGER / SOLTHERM
Emil Grüniger, ein ehemaliger Monteur von Escher Wyss, hat sich weltweite praktische Erfah-rung in der Kälte- und Wärmepumpentechnik erworben. Ab 1973 befasste er sich mit dem Bau einer Kleinwärmepumpe. 1975 begann er in seiner eigenen Firma Soltherm in Altendorf mit dem Bau von Wärmepumpen. Sein erstes Wärmepumpensystem mit einer Heizleistung von 10 kW hatte einen direkt verdampfenden horizontalen Erdkollekter aus Kupferrohren mit Epoxy-harz-Verbindungen. Seine Installation in Alterndorf brachte bereits die später wohlbekannten Ölrezirkulationsprobleme bei Direktverdampfungssystemen an den Tag. Er setzte danach auf indirekte Verdampfung mit durch eine Wärmeträgerflüssigkeit durchströmten „normalen“ hori-zontalen Erdkollektoren. Soltherm baute etwa 500 solcher Wärmepumpensysteme mit herme-tischen Maneurope-Kolbenkompressoren. Grüniger war mit Kurt Trüssel von KWT unter den ersten, welche die Kältemittelenthitzung im Winter zur Beheizung von Räumen im Kellerge-schoss (z.B. Wäschetrocknungsräume) und im Sommer zur Enderhitzung des Brauchwarmwassers nutzten [Grüniger 2007], [Szokody 2007].
HUBACHER / KAUFMANN
In diesem Zusammenhang ist auch Peter Hubacher als einer der ersten Planer kleiner Wär-mepumpensysteme zu nennen. Er installierte 1976 eine Wärmepumpe der Firma Kaufmann in Netstal mit offenem Bitzer-Kolbenkompressor. Von der Firma Kaufmann ist nicht mehr viel be-kannt. Sie soll zuverlässige Wärmepumpen gebaut haben; ging dann aber in Konkurs [Huba-cher 2007].
7.2.2 Wärmepumpensysteme mittlerer Grösse (50-1000 kW)
SZOKODY / HOVAL HERZOG / HOVAL / CARRIER
Unter den Wärmepumpenpionieren hatte Gyula Szokody einen besonderen Einfluss auf die Berufsgemeinschaft der Schweizer Kleinwärmepumpenbauer. Er kann nicht nur auf einen aus-sergewöhnlichen persönlichen Lebenslauf zurückblicken (3 Jahre Studium der Theologie im kommunistischen Ungarn, Flucht aus dem „Arbeiterparadies“ und anschliessend Ingenieurstu-dium) – er erbrachte der Schweizerischen Wärmepumpenszene einen grossen persönlichen Beitrag. 1974 trat er in die Firma Hoval Herzog (http://www.hoval.ch) in Feldmeilen ein. Für grösseren Wärmebedarf setzte Hoval Herzog auf modifizierte Carrier Wasserkältesätze. Diese luftgekühlten Maschinen waren für warme Klimazonen konzipiert. Für die Verwendung als Wärmepumpe mussten spezielle Kondensatoren konstruiert werden. Bereits 1974 hat Ho-val ein Wärmepumpensystem für die Warmwasserzentralheizung und die Warmwasserberei-tung in einer Überbauung mit 40 Häusern in Balzers (Liechtenstein) gebaut. Die 3 in Frankreich gebauten Carrier Wasserkühlsätze mit je 4 Kompressoren wurden mit speziellen Kondensato-ren zum Erreichen einer Kondensationstemperatur von 60 °C versehen. Der benachbarte Rhein diente als Wärmequelle. Die Gesamtheizleistung des Wärmepumpensystems betrug 1.18 MW. Bei 9°C/60°C wurde eine Leistungszahl von 3.64 erreicht. Dies entspricht einem Lo-renz-Wirkungsgrad von 46.2%. Zur Sicherstellung der Warmwasserbereitung musste eine der 3 Wärmepumpen eine Vorlauftemperatur von 55 °C erreichen. Aussergewöhnlich für jene Zeit war nebst dem vollautomatischen Betrieb eine elektronische Mehrstufenregelung, welche die benötigte Anzahl Einheiten in Abhängigkeit der Aussentemperatur zuschaltete [Szokody 1975, 2007]. Ein wegweisendes Wärmepumpensystem wurde 1975 durch Hoval Herzog in der Abwasser-reinigungsanlage Obermeilen am Zürichsee gebaut. Es war die erste Wärmepumpe der Schweiz, welche den Abfluss einer Abwasserreinigungsanlage als Wärmequelle nutzte. Der Abfluss mit ungefähr 0.1 m3/s hatte eine Temperatur von 8 °C – 22 °C. Zwei Carrier-Wärmepumpen mit je 310 kW bei 7°C / 55°C versorgten den Faulturm der Abwasserreini-gungsanlage mit Wärme und beheizten die in der Nähe gelegene Alterssiedlung Dollikon. Für den Faulturm war eine konstante Vorlauftemperatur von 50 °C erforderlich, um den frischen Schlamm auf 37 °C aufzuheizen. Um auch die Heizung des Altersheims mit einer Vorlauftem-peratur von 50 °C betreiben zu können, mussten die Heizkörper entsprechend vergrössert werden. Auch dieses Wärmepumpensystem funktionierte mit der bereits oben beschriebenen automatischen Mehrstufenregelung [Gubser 1975, 1976], [Szokody 2007]. Um 1975 brachte Hoval Herzog die Wärmepumpe “WW-Automat” auf den Markt. Dies war nicht mehr nur ein angepasster Kältesatz, sondern ein vollautomatisches Wärme-pumpensystem mit integrierter Warmwasserbereitung. Es wies nur je einen Ein-/Ausschalter für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung auf. Der erste WW-Automat wurde in einem Gebäude in Surava bei Tiefencastel installiert. 1985 realisierte Hoval Herzog in einer neu-en Luft/Wasser-Wärmepumpe mit der Einführung des Mikroprozessors ein neues Entei-sungskonzept.
WERMELINGER / AUTOFRIGOR / SCHECO / SULZER. In der Pionierzeit musste zur Überzeugung der Heizungsfirmen, der Architekten, der Bauherren und der Bewilligungsbehörden noch harte Arbeit geleistet werden. Der Neuanfang der Wärme-pumpentechnik nach dem Erdölembargo war entsprechend gekennzeichnet durch langwierige Bewilligungsprozesse und Absagen infolge Unkenntnis und Ignoranz der Behörden und der Elektrizitätswerke. Im Zweifelsfall galt das „Nein“. In dieser Zeit hat sich bei Autofrigor in Win-terthur der junge Ingenieur Bruno Wermelinger sehr für die Akzeptanz und hindernisfreie Ver-wirklichung der Wärmepumpentechnologie eingesetzt. Wermelinger liess sich nicht entmutigen und schreckte auch nicht vor einem Telefonanruf an den damaligen Bundesrat Willi Ritschard (verantwortlicher Minister für die schweizerische Energieversorgung) zurück. In diesem wies er den Energieminister auf die Unzulänglichkeiten in den Bewilligungsverfahren hin. Gemein-sam mit Max Ehrbar von der Fachhochschule Buchs und Gyula Szokody organisierte Werme-linger Arbeitsgruppen zu Themen der Wärmepumpentechnik. Dies führte zu den ersten SVK26-Richtlinien zur Wärmepumpentechnik. Ab 1975 baute die Kältefirma Autofrigor zahlreiche Wasser/Wasser- und Luft/Wasser-Wärme-pumpen im Heizleistungsbereich von 10 kW bis 150 kW. Unter den bis 1977 gebauten rund 50 Wärmepumpen waren auch Ausführungen mit Verbrennungsmotorantrieb (Erdgasmotoren und Dieselmotoren) zur Erreichung hoher Temperaturen bis 120 °C und Systeme zur kombi-nierten Nutzung von Wärme und Kälte. Auch Plattenwärmeübertrager wurden früh einge-führt. Wermelinger war unter den Gründungsmitgliedern der AWP (siehe 7.2.8) und übernahm in einem Forschungsprojekt des Bundesamts für Energie die Führung beim raschen Ersatz der Fluor-Chlor-Kohlenstoff-Kältemittel [Wermelinger 1992]. Von 1981 bis zu seiner Pensionierung 1999 war er der Geschäftsleiter von Scheco in Winterthur http://www.scheco.ch , welche 1989 zu einer Tochterfirma des Sulzer-Konzerns wurde. 1990 erreichte der Wärmepumpenanteil rund 25% des Umsatzes von Scheco. Auch als Stadtrat an seinem Wohnort Bülach engagierte sich Wermelinger für eine nachhaltige Energiepolitik. Nach seiner Pensionierung leitet er die Firma OptiCasa http://www.opticasa.ch , welche Passivhäuser realisiert, die überhaupt kein aktives Heiz-system mehr benötigen. Die Lösung von OptiCasa wurde 2007 an der Eröffnungsfeier der Ausstellung Swissbau als „Gebäudehülle der Zukunft” ausgezeichnet. Wermelinger bemerkte dazu: „Es treten auch hier wieder dieselben Probleme auf wie in der Wärmepumpen-Pionier-zeit. Zunächst ist jedermann skeptisch und man kann die Leute dann nur überzeugen, wenn man ihnen zeigt, dass es funktioniert!“ [Wermelinger 2007].
SULZER SOLSET / BRUGNOLI /
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09 Feb 2012
10:53:21 |
Zogg |
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