4-Wege-Umkehrventile werden verwendet, um den Kreislauf von Eins-zu-Eins-Wärmepumpensystemen vollständig umzukehren. Diese Ventile können verwendet werden, um die Nutzung des Systems sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen zu erleichtern oder für eine effektive und energetisch optimierte Abtaumethode zu sorgen.
Aufbau
Ein 4-Wege-Umkehrventil hat vier Rohranschlüsse. Dabei sind drei dieser Anschlüsse auf der einen und einer auf der gegenüberliegenden Seite platziert. Die drei Kupferrohranschlüsse haben einen größeren Durchmesser als der einzelne auf der Gegenseite. Der mittlere der drei großen Anschlüsse ist permanent auf der Saugseite und der einzelne, kleine Anschluss immer auf der Druckseite. Da sich die beiden anderen je nach Umschaltung des Gerätes auf der Saug- oder Druckseite befinden können, sind sie wie der permanente Sauganschluss dimensioniert, um den Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Ein 4-Wege-Ventil besitzt zusätzlich ein Pilotmagnetventil mit einer Spule, die bei Aktivierung, die Durchflussrichtung des Kältemittels ändert. Zwischen dem Ventilanschluss mit kleinem Durchmesser und dem Pilotmagnetventil und von dort zum zentralen Großanschluss gibt es Pilotverbindungen mit kleinem Durchmesser.
Für die folgende Beschreibung stellen wir uns vor, dass der kleine (Hochdruck-)Anschluss nach oben und die drei übrigen Anschlüsse nach unten zeigen. Dabei ist das kleine Pilotmagnetventil mit seiner Spule auf der Vorderseite des Geräts zu sehen. Bei einem Standard-4-Wege-Ventil gibt es nur zwei Schaltpositionen – es gibt keine Zwischenstellungen. In Schalterstellung 1 liegt keine Spannung an der Spule des Pilotventils an. In dieser Position tritt Heißgas mit hohem Druck aus der Pilotleitung des kleinen Anschlusses von rechts in die Kammer mit dem Schiebemechanismus ein. Gleichzeitig kann der Druck auf der linken Seite der Schieberkammer über den permanenten Sauganschluss durch Abströmung auf die Niederdruckseite entlastet werden. Dadurch wird der Schieber nach links geschoben und die Hauptpfade oben, die nach rechts unten und links außen zur Mitte führen, werden geöffnet. In Schalterstellung 2 strömt das Heißgas von oben nach links, während gleichzeitig das Sauggas von rechts nach unten in die Mitte strömen kann. Dies wird erreicht, indem die Spule des Pilotmagnetventils mittels Netzspannung aktiviert wird und dadurch Hochdruckgas von links in die Schieberkammer eingeleitet wird. Dadurch kann der Druck auf der rechten Seite über den mittleren Hauptanschluss unten entlastet werden, was zur Schieberbewegung nach rechts führt.
Anwendung
4-Wege-Ventile werden eingesetzt, um den Kreislauf von „Eins-zu-Eins“-Wärmepumpensystemen umzukehren. Mit dieser Umkehrung wird der Verdampfer zum Verflüssiger und der Verflüssiger zum Verdampfer. Diese Möglichkeit wird auch gerne für Luft-Luft-Wärmepumpen verwendet, die im Sommer zum Kühlen und in Übergangszeiten zum Heizen eingesetzt werden. Während im Sommer im Kühlmodus das 4-Wege-Ventil kaum benötigt wird, kann es im Winter notwendig sein, den Zyklus umzukehren, um das System abzutauen. 4-Wege-Ventile bieten eine äußerst effiziente Möglichkeit, sowohl Luft-Luft- als auch Luft-Wasser-Wärmepumpen abzutauen. Durch die Kreislaufumkehr eines Eins-zu-Eins-Systems kann der Verdampfer, der zum Verflüssiger geworden ist, von innen abgetaut werden. Das bedeutet, dass keine Wärme auf das Verdampferpaket durch eine elektrische Heizung aufgebracht werden muss, sondern dass das Heißgas direkt durch die vereisten Rohre geleitet wird. Dadurch wird das System sehr gut abgetaut und ist in Bezug auf Geschwindigkeit, Energieverbrauch und gezieltem Wärmeeintrag kaum zu übertreffen.
Fazit
4-Wege-Ventile sind Komponenten, die eine äußerst effiziente Methode zum Abtauen von Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen bieten. Durch eine vollständige Kreislaufumkehrung ist es möglich, das System auch zur Kühlung zu nutzen. Die Bauweise ist unkompliziert und orientiert sich an den Abmessungen der Saugleitung, ohne dass Mindestdruckabfälle berücksichtigt werden müssen.