DIY Wärmepumpe 2 kW für unter 100€ - Alexx's Selbstbau-Thread

[alexx]

Hallo allerseits,

nachdem ich vor 1-2 Jahren, als ich mir einige Wärmepumpen selbst gebaut habe, dieses Forum noch nicht kannte und daher nicht "live" vom Fortschritt berichten konnte, krame ich die Prototypen und alte Fotos jetzt sukzessive mal wieder hervor und berichte im Nachgang davon.

Die Zielsetzung lautete, eine kleine Luft-Wasser-Wärmepumpe billig selbst zu bauen, die so um die 2 kW Heizleistung haben soll idealerweise bis 60°C Wassertemperatur kommen soll, und das bei einem möglichst noch halbwegs vorzeigbaren COP. Also in etwa die Größenklasse, die man üblicherweise als Brauchwasserwärmepumpe einsetzt. Gedacht nur zur Innenaufstellung, nicht im Freien. Dass die verwendeten Materialien nicht Trinkwasser-konform sein würden und man zur Brauchwassererwärmung über einen Wärmetauscher würde gehen müssen, nahm ich bei den frühen Modellen erst mal in Kauf.

Also - was brauchen wir für die DIY-Wärmepumpe? Klar: Kompressor, Kältemittel, Kältemittelleitungen, einen Verdampfer mit Gebläse und einen Kältemittelkondensator, der die Wärme ans Wasser überträgt. Bis auf Letzteres kann man das sehr billig bekommen: Man schlachte ein Raum-Klimagerät mit Abluftschlauch. Die Dinger bekommt man gebraucht im Herbst und Winter auf ebay Kleinanzeigen manchmal geradezu hinterhergeworfen. Unten ein Screenshot von einem "guten Fang", den ich im Herbst 2021 mal gemacht habe: Für gerade mal 10€. Die beschädigte Verkleidung störte mich nicht. Im preislichen Bereich von 0€-40€ habe ich einige davon "abgestaubt" und mich erst mal gut eingedeckt.

Unten in den Bildern zeige ich Euch jetzt erst mal die quasi "nullte Näherung" zum DIY-Wärmepumpen-Bau (anderes Gerät, das mich, glaube ich, 20€ gekostet hatte). Man zerlege einfach das Gehäuse, entferne den Lüfter vom Kältemittel-Kondensator und tauche letzteren in eine Plastikwanne ein, die man mit Wasser fülle. Lüfter am Verdampfer an, Kompressor an, und los geht's. Das ist dann quasi die 20€-Wärmepumpe.

Ergebnisse:

• Funktioniert

• Man muss das Wasser durchrühren, zwecks gleichmäßiger Temperaturverteilung

• Man schafft bis zu 60°C Wassertemperatur

• Leistungsaufnahme des Kompressors steigt mit der Wassertemperatur an. Anfangs so um die 500-600 Watt, bei 60°C um die 900-1000 Watt.

• COP: Wenn man eine Temperaturrampe von Raumtemperatur bis 40°C fährt, liegt man so um die 2,7. Wenn man auf 60°C heizt, kommt man auf etwa 2,2 bis 2,3.

• Korrosion: Bei längerem Wasserkontakt (mehrere Tage) bildet sich ein weißlicher Siff. Geht vermutlich auf Kontaktkorrosion zwischen Kupfer und Alu innerhalb des Kondensators zurück.

[alexx]

Weiter geht's. Das obige war die Nullte Näherung. Jetzt kommt die Blechkasten-Lösung. Wir hätten statt der Eintauch-Lösung nun gerne eine Wärmepumpe, bei der der Kondensator im Durchflussbetrieb arbeitet. Kein Problem. Und keine Sorge - wir bleiben unter 100€ Materialkosten. Wir brauchen:

• 1 Tafel Alu-Blech aus dem Baumarkt

• 2 Schlauchstutzen aus dem Baumarkt

• 1 Stückchen Blech

• 1 Kartusche Silikon

• und ein paar Schrauben und Muttern.

Unten kommt die Bildergeschichte, wie ich dabei vorgegangen bin. Ich habe einfach einen wasserdichten Blechkasten gebaut, der den Kondensator umschließt und zwei gegenüberliegende Anschlussstutzen für Schläuche hat. Ich lasse jetzt einfach mal die Bilder für sich sprechen.

Übrigens: Auf den Bildern sieht man teilweise den o.g. weißen Siff, der sich am Kondensator gebildet hatte. Eintauch-Lösung und Blechkasten-Lösung basierten auf dem selben Klimagerät.

[alexx]

So, und jetzt wüssten wir natürlich gerne den COP dieser Wärmepumpe. Dafür brauchen wir, um es wissenschaftlich exakt anzugehen, ein Kalorimeter. In meinem Fall bestand das aus einer Plastikkiste voll Wasser, einer Umwälzpumpe und ein paar Schläuchen. Siehe Bild. Zugegeben: Der Alu-Kasten war nicht gleich im ersten Anlauf dicht, ich musste mit Silikon nochmal etwas nacharbeiten.

Ergebnisse:

• COP etwa deckungsgleich mit voriger Messung (2,7 bei 15°C -> 40°C und etwa 2,2-2,3 bei 15°C -> 60°C)

• Weißer Siff im Wasser tritt natürlich wieder auf, zumal jetzt mehr Alu mit Wasserkontakt vorhanden ist.

• Der Alu-Kasten "baucht" sich auch bei drucklosem Betrieb schon deutlich aus. Definitiv nicht für Betrieb unter Druck geeignet.

• COP-Abhängigkeit von der Wassermenge: Je weniger Wasser man erwärmt, desto schlechter wird der COP. Obige Werte gelten für etwa 15 Liter. Offenbar hat so eine Wärmepumpe Anfahrverluste, weil sich z.B. der Kompressor auch selbst erwärmen muss. Je weniger Wasser man warm macht, desto mehr fallen die ins Gewicht.

Falls übrigens jemand aus dem Raum München einen Test-Anwendungsfall für diese Wärmepumpe haben sollte (druckloser Betrieb, wo Alu-Siff im Wasser nicht stört), idealerweise mit großer Wassermenge >100 Liter, kann er sich die gerne mal ausleihen. Steht bei mir seit >1 Jahr ungenutzt im Keller. Es wäre mal interessant, den COP bei großer Wassermenge zu messen, da wird er u.U. noch besser.

[jay]

Hast du bei deinem Cop den Verbrauch der Laugenpumpe mit eingerechnet?

[alexx]

@jay

Nein, der war nicht mit enthalten. Solange ich das Ergebnis für den COP nur mit einer Nachkommastelle angebe, wirkt sich das aber gar nicht aus: Meine Laugenpumpe begnügt sich mit etwa 20 Watt. Der Kompressor zieht, je nach Wassertemperatur, irgendwo um die 500-1000 Watt, und das Gebläse am Verdampfer so um die 70-90 Watt. Da fällt die Pumpe nicht arg ins Gewicht. Der Verbrauch vom Gebläsemotor wurde mit erfasst.

Das Klimagerät hat übrigens ein 2-stufiges Gebläse (Motor mit 2 Wicklungen). Ich habe beide Leistungsstufen durchprobiert. Geht man auf die niedrige Stufe, dann spart man zwar etwas Strom, aber die Heizleistung der Wärmepumpe nimmt ab. Für den COP ist es besser, wenn man mit voller Gebläseleistung arbeitet.

[voltmeter]

der siff siet mir eher nach kalkablagerung aus, wenn dort die rohre 60° heiß werden dann fällt kalk aus.

wenn du nen druckbetrieb machst würde ich empfehlen nen behälter aus edelstahl schweißen zu lassen wird dann aber nicht einfach die kupferleitung da abzudichten

das gibt es auch schon günstig fertig, nennt sich pool wärmepumpe

[mitsch06]

Danke fürs posten deines Selbstbau's. Spekuliere schon länger mit dem Umbau einer SplitKlima mit Plattenwärmetauscher.

[eclipse]

Ich würde wie Alexx auf Aluminiumoxid Al₂O₃ tippen.
Das bildet sich sehr schnell und ist nicht wasserlöslich, fällt also sofort aus.

Kalk fällt erst nach längerer Zeit aus und dann ist der eher gelblich als weiß.

Herzliche Grüße

[alexx]

das gibt es auch schon günstig fertig, nennt sich pool wärmepumpe

Ja stimmt, und Pool-Wärmepumpen sind sogar chemisch ziemlich beständig, weil sie chloriertem Wasser standhalten müssen. Da ist der Kondensator üblicherweise eine Konstruktion aus Kunststoff und Titanrohr.

Nur ob eine Pool-Wärmepumpe 60°C schafft? So heiß will man sein Wasser im Swimmingpool ja üblicherweise eher nicht haben Mir war das Erreichen von 60°C wichtig, damit man bei Verwendung als Brauchwasserwärmepumpe die Legionellen-Exodus-Temperatur erreicht. Letztlich geht es mir darum, für kleines Geld eine Wärmepumpe zu bauen, die es mit einer Ochsner Europa Mini BWP aufnehmen kann. Für diese Dinger werden zwischenzeitlich über 2k€ aufgerufen. Die Blechkasten-Konstruktion taugt dafür natürlich noch nicht (nicht druckfest, und Alu-Oxide im Trinkwasser sind auch nicht so toll), d.h. da müsste man noch über einen zusätzlichen Wärmetauscher gehen. Ich berichte aber bald über meinen nächsten Versuch, der dem schon etwas näher kommt.

[voltmeter]

60C müssen doch garnicht sein bei ner wp, das kann man auch kurz mit nem elektro heizstab hochheizen (alle paar tage reicht)

je niedriger die vorlauf temp desto effezienter die wp

ich spiele mit dem gedanken so ne kleine wandhängende anzuschaffen 3kw thermisch sole wasser wp

hat bei 35°C vorlauf nen cop von 4, bei 55°C cop von 2,6

kostet aber auch 3k eur

diy wäre natürlich günstiger aber bis man das am laufen hat

und die frage ist ob man überhaupt an nen cop von 4 rankommt...

hab ja nen sole kollektor 120m länge um meinen keller damals gelegt beim bau, man weiß ja nie

[alexx]

Klar, wenn die Wärmepumpe die 60°C nicht packt, kann man die letzten paar Grad natürlich auch mit einem Heizstab machen, der dann allerdings nur einen COP von 1 hat. Aber wenn es monovalent mit Wärmepumpe bis 60°C geht, hat das auch seinen Charme.

3 k€ für eine kommerzielle Wasser-Wasser-WP ist schon ordentlich viel Geld. Ich kann Dir eine DIY-Lösung vorschlagen, die mit R290 läuft und mit etwa 300-400€ Materialkosten auskommt. Wird allerdings nur im Bereich 2 - 2,5 kW thermisch liegen. Es sei schon mal gefragt, wie viel Druck bei Dir auf der Sole-Seite und auf der Heizungs-Seite in etwa zu erwarten ist.

[voltmeter]

Es sei schon mal gefragt, wie viel Druck bei Dir auf der Sole-Seite und auf der Heizungs-Seite in etwa zu erwarten ist.

beides maximal 2 bar

ich habe kein strom zu verschenken deswegen die maximale effezienz, da ich kein stromnetz von außen habe.

[alexx]

Weiter geht's! Bislang habe ich Version 0, die Eintauch-Lösung, und Version 1, die Blechkasten-Lösung, vorgestellt. Jetzt folgt die Version 2: Die koaxiale Kupferrohr-in-Gartenschlauch-Lösung!

Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungen, bei denen der Kältemittelkreislauf des Klimageräts nicht geöffnet werden musste, wird es jetzt etwas anspruchsvoller. Das Kältemittel muss abgesaugt und zwischengelagert werden, der Kältemittelkreislauf wird aufgeschnitten und umgebaut, es werden Kupferrohre hartgelötet und hinterher das Kältemittel wieder eingefüllt.

In aktuellen Monoblock-Klimageräten ist als Kältemittel praktisch immer R290 drin - Propan. Das ist super, denn es hat ein GWP von nur 3, und man hat keine Scherereien mit der F-Gase-Verordnung. OK, brennbar ist es halt, da muss man ein wenig aufpassen. Am besten macht man die kritischen Schritte unter freiem Himmel. Und rauchen sollte man dabei nicht
Nachdem diese Klimageräte kein Wartungsventil haben, muss man sich eben auf die harte Tour Zugang zum Kältekreislauf verschaffen. Ich habe mir einen "Vampir-Flansch" mit 1/4" SAE-Ventil gebaut, der mittels zweier Schlauchbinder an einer Kältemittelleitung befestigt wird.

Dann das Rohr anstechen und das Kältemittel heraussaugen.

Dafür braucht man natürlich eine geeignete Absaugvorrichtung. Als Zwischenlager für das Propan empfiehlt sich - wer hätt's gedacht - eine Propanflasche. Man muss sich dafür noch einen Adapter vom Gasflaschenventil auf 1/4" SAE bauen.

Der bisherige Kältemittelkondensator fliegt raus, stattdessen kommt ein Eigenbau rein. Benötigte Teile:

Sinn und Zweck der Sache ist, dass das Kupferrohr (Kältemittelleitung) vom Gartenschlauch koaxial umschlossen wird. Im Zwischenraum zwischen Kupferrohr und Schlauch zirkuliert das Wasser. An den Schlauchenden bedarf es eines passenden Übergangsstücks. Dafür nehme man je ein 18 mm Kupferfitting (90° Bogen), das man anbohre:

Jetzt noch Kältemittelleitung und Kupferfitting durch Weichlöten verbinden und den Schlauch hübsch aufrollen:

Nun wird der Gartenschlauch-Wärmetauscher anstelle des bisherigen Kondensators ins Klimagerät eingebaut und die Kältemittelleitungen werden durch Hartlöten verbunden:

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe sieht dann so aus:

Ergebnis des Probelaufs: Katastrophal!

• Maximal ereichbare Wassertemperatur: 40°C

• COP bei Erwärmung von Raumtemperatur auf 40°C: 1,8

Das war also ein ziemlicher Schuss in den Ofen, erreichte nicht annähernd die Leistung der Blechkasten-Konstruktion. Da half alles nichts - ich musste einen weiteren Anlauf starten. Letztlich bin ich dann dahintergekommen, woran es lag: Der Wärmetauscher war schlichtweg zu kurz gewesen, dadurch war der Wärmeübertrag unzureichend. Ich habe dann nochmal eine "Gartenschlauch-in-Kupferrohr" Wärmepumpe gebaut, diesmal mit deutlich längerem Schlauch:

Die war gleich deutlich besser:

• Erreichte wieder 60°C

• COP bei Erwärmung von Raumtemperatur auf 40°C: 2,3

• COP bei Erwärmung von Raumtemperatur auf 60°C: 1,7

Das sind zwar noch nicht die Werte der Blechkasten-Wärmepumpe, aber nun ist klar, dass der COP erheblich mit der Schlauchlänge skaliert. Für einen richtig guten COP müsste man die wohl in etwa nochmal verdoppeln. Gemessen waren die COP-Werte wohlgemerkt wieder nur mit 15 Litern Wasser und anfänglich kaltem Kompressor. Macht man das Experiment 2x hintereinander, bekommt man beim zweiten mal deutlich bessere Werte. Da schlagen Warmlauf-Verluste des Kompressors zu Buche.

Fazit: Eine Lösung ohne Alu-Siff-Problem, und druckbeständig bis etwa 3 bar (begrenzt durch den Gartenschlauch). Für einen guten COP braucht man viel Kupferrohr (8x1 mm), was preislich dann schon ziemlich zu Buche schlägt.

@voltmeter:

Vom Druck her würde das bei Dir wohl funktionieren. Für maximale Effizienz bei einer Wasser-Wasser-WP müsste man aber wohl um die 50 Meter Kupferrohr verbauen.

[stromsparer99]

Wow wie umständlich. Ich habe 2016 aus einem defekten Samsung Wärmepumpentrockner eine Brauchwasser Wärmepumpe gebaut.

Dazu habe ich den Wärmepumpentrockner geschlachtet, die 2 integrierten Luftwärmetauscher in Reihe geschlossen und auf der Verdicherseite einen Wasserwärmetauscher angeschlossen. Das Teil sieht optisch furchtbar aus, funktioniert aber perfekt und versorgt uns seit ende 2016 mit Brauchwasser. Die Leistungsaufnahme liegt je nach Temperatur zwischen 300-500Watt. Der Wasserwärmetauscher war natürlich nicht günstig aber Sinnvoll. Eine kleine Temperatursteuerung aus dem Internet regelt Temperatur Obergrenze. Der SMA Homemanager plant das Zeitfenster damit die BWWP mit möglichst viel PV Strom läuft. Kosten incl. Füllung beim Kältetechniker ca. 300€

Im 4 Personenhaushalt mit täglichem ausgiebigem Duschverhalten (10Min pro Person) verbrauchen wir im Jahr ca. 550-600KWh Strom für die BWWP.

[voltmeter]

Der Wasserwärmetauscher war natürlich nicht günstig

habe auch mit dem gedanken gespielt einen plattenwärmetauscher einzusetzen, ist das ein spezieller für kältetechnik?

wieviel bar kältemitteldruck muss der aushalten?

[stromsparer99]

Ja, es gibt spezielle Plattenwärmetauscher die für Wärmepumpen gebaut werden.

Die haben dann 2 x Wasseranschluss und 2x Bördelanschluss.

Da kann dich aber der Verkäufer beraten.

[voltmeter]

ok habe hier was gefunden muss mich mal "beraten" lassen

ebay

[alexx]

habe auch mit dem gedanken gespielt einen plattenwärmetauscher einzusetzen, ist das ein spezieller für kältetechnik?

wieviel bar kältemitteldruck muss der aushalten?

Jetzt habt Ihr mir den nächsten Bericht vorweggenommen Ich arbeite inzwischen nämlich auch mit Plattenwärmetauschern.

Die standardmäßigen Platten-WTs, die man kaufen kann, sind für 30 bar spezifiziert und werden bei 45 bar geprüft.

Propan (R290) hat bei 60°C einen Sättigungsdampfdruck von etwa 21 bar (absolut) -> Das reicht locker! Man kann mit fast jedem Platten-WT eine R290-Wärmepumpe bauen, die bis 60°C kommt.

[alexx]

ok habe hier was gefunden muss mich mal "beraten" lassen

ebay

282,70€ für gerade mal 0,64m² Wärmetauscherfläche?

War mir viel zu teuer, deswegen habe ich keinen Kälteanlagen-spezifischen genommen.

[voltmeter]

War mir viel zu teuer, deswegen habe ich keinen Kälteanlagen-spezifischen genommen.

hab ich mir schon fast gedacht das es die selben sind nur andere gewinde

mein plan war es ein mitsubishi MUZ-AP35VG außengerät umzubauen also den radiotor hinten raus und plattenwärmetausche rein auf beiden seiten

der cop sollte von 4 erreichbar sein auch weil das ein inverter ist

da wäre ich mit 1000eur dabei, wenn ich ein gebrauchtes außengerät ohne kältemittel finde gehts auch bestimmt günstiger.

ich würde dann r32 einsetzen hab hier noch ne pulle von rumstehen