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Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Das Wärmepumpen Prinzip

FAQ 23.02.2022 | Karl Kroll

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe wird häufig mit dem umgekehrten Prinzip eines Kühlschranks verglichen. Während der Kühlschrank seinem Innenraum Wärmeenergie entzieht und diese nach außen leitet, macht eine Wärmepumpe das Gegenteil:
Sie entzieht der Umwelt kostenfreie Wärmeenergie und überträgt sie auf das Medium Wasser.
Dieses wird dann zum Heizen, zum Beispiel in der Fußbodenheizung, oder zur Warmwasserbereitung verwendet.

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Funktion

Der große Vorteil: Die Wärmepumpe setzt zwar Strom ein, um Umweltenergie für Heizung und Warmwasser nutzbar zu machen. Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe zum Beispiel kann dabei aber in der Regel bis zu 75 % der benötigten Energie aus der Umgebung ziehen – und muss nur 25 % als Strom aufnehmen. Dadurch ist sie im Vergleich zu Wärmeerzeugern, die z.B. Heizöl oder Erdgas nutzen, besonders effizient.

Abbildung Grafik Wärmepumpenprinzip

Woher kommt die Umweltwärme?

Wärmequellen

Die gängigsten Wärmequellen

Bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe stammt die Umweltwärme aus der Außenluft – das funktioniert sogar bei sehr niedrigen Außentemperaturen. Etwas effizienter ist die Nutzung der Wärmeenergie aus dem Erdreich mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe, auch Erdwärmepumpe genannt.

Doch wie funktioniert es, dass aus eisig kalter Luft im Winter, relativ kühlem Erdreich oder Grundwasser Energie gewonnen wird, die unsere Gebäude heizt? Wie ist es möglich, ohne Verbrennung und Flamme angenehme Wärme zu erzeugen?

Abbildung Grafik Luft/ Wasser Wärmepumpe Abbildung Grafik Sole/ Wasser Wärmepumpe

So funktioniert die Wärmeerzeugung

Schritt für Schritt

Kreislauf einer Wärmepumpe

In jeder Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel. Kältemittel ist ein Medium, das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnehmen und bei hohem Druck und dadurch gestiegener Temperatur Wärme abgeben kann. Dabei sorgt die Zustandsänderung des innerhalb des Wärmepumpensystems hermetisch eingeschlossenen Kältemittels für den nötigen Energietransport. In Wärmepumpen durchläuft das Kältemittel den folgenden Kreislauf:

1. Verdampfen: Unabhängig von der Energiequelle wird die Umweltenergie im Verdampfer auf das Kältemittel übertragen. Das flüssige Kältemittel verdampft nach und nach, wird gasförmig, dehnt sich aus und nimmt dabei die Energie aus der Umgebung auf. Das können Sie mit Wasser vergleichen, das sich beim Erhitzen in Dampf verwandelt, nur dass das beim Kältemittel schneller und bei Minustemperaturen geht.

2. Verdichten: Weil die Temperatur des Kältemitteldampfs nicht reicht, um einen Raum zu beheizen, wird der Dampf mithilfe eines mit Strom angetriebenen Kältemittelverdichters angesaugt. Durch die Verdichtung steigt der Druck und der Kältemitteldampf erwärmt sich stark. Hier können Sie sich eine Fahrradpumpe vorstellen, in deren Kolben die zusammengepresste Luft wärmer wird.

3. Verflüssigen: Der heiße, unter Druck stehende Kältemitteldampf fließt in den Verflüssiger, auch Kondensator genannt. Da die zuvor aus der Umwelt aufgenommene Energie nicht verloren gehen kann, geht sie hier in Form von Wärme an das angeschlossene Heizsystem über.

4. Entspannen: Durch die Energieabgabe wird das Kältemittel wieder flüssig, der Druck sinkt. Durch das Expansionsventil fließt es wieder zurück zum Verdampfer und der Kreislauf beginnt erneut

Der Kältemittelkreislauf kann übrigens auch umgedreht werden, um Wärmepumpen auch zum Kühlen zu nutzen. Mit einer entsprechend ausgestatteten Anlage, einer sogenannten „reversiblen“ Wärmepumpe, können in den heißen Monaten die Räume auf angenehme Temperaturen gekühlt werden. Diese Möglichkeit einer Wärmepumpe sollte von Anfang an bei Bedarf berücksichtigt werden, um die Anlage entsprechend zu konfigurieren.

Abbildung Kreislauf Wärmepumpe

Wärmepumpen von Mitsubishi Electric

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