Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Das Wärmepumpen Prinzip
FAQ 23.02.2022 | Karl KrollDie 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.
Lassen Sie sich von unseren qualifizierten Fachpartnern individuell und unverbindlich zu unseren Produkten beraten.
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.
Woher kommt die Umweltwärme?
WärmequellenDie 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?
So funktioniert die Wärmeerzeugung
Schritt für SchrittKreislauf 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.
Wärmepumpen von Mitsubishi Electric
Produkte
Moderne Systeme für nachhaltiges Heizen
Nachhaltige, zukunftssichere Lösungen für Raumwärme und warmes Wasser zu jeder Zeit. Unsere qualitativ hochwertigen Wärmepumpen arbeiten zuverlässig, um immer ausreichend Energie für Heizung und Warmwasser zur Verfügung zu stellen.
Ob Neubau oder Sanierung, private Anwendungen, Gewerbe oder Industrie – wir haben die passende Wärmepumpen-Lösung für Sie.
FAQ: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
FAQEine Wärmepumpe nutzt Wärmeenergie aus der Umwelt und macht sie für Gebäude nutzbar. Dafür entzieht sie der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärme und hebt diese mithilfe von Strom auf ein höheres Temperaturniveau. Je nach System wird die Wärme an Heizwasser oder direkt an die Raumluft abgegeben.
Eine Wärmepumpe funktioniert nach dem umgekehrten Prinzip eines Kühlschranks. Während ein Kühlschrank seinem Innenraum Wärme entzieht und diese nach außen abgibt, nimmt eine Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung auf und führt sie dem Gebäude zu. Dafür zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf.
Der Vergleich hilft, das Prinzip einfach zu erklären. Beide Systeme transportieren Wärme von einem Ort zum anderen. Beim Kühlschrank wird Wärme aus dem Innenraum nach außen geleitet. Bei der Wärmepumpe wird Umweltwärme aufgenommen und im Gebäude zum Heizen nutzbar gemacht.
Zu den gängigen Wärmepumpenarten gehören Luft/Wasser-Wärmepumpen, Luft/Luft-Wärmepumpen, Sole/Wasser-Wärmepumpen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen. Sie unterscheiden sich vor allem darin, welche Wärmequelle sie nutzen und wie die Wärme im Gebäude verteilt wird.
Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe nutzt Außenluft als Wärmequelle und überträgt die Wärme auf Heizwasser. Eine Luft/Luft-Wärmepumpe nutzt ebenfalls Außenluft, gibt die Wärme aber direkt an die Raumluft ab. Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe nutzt Wärme aus dem Erdreich. Dafür zirkuliert eine Soleflüssigkeit durch Erdsonden oder Erdkollektoren und transportiert die aufgenommene Wärme zur Wärmepumpe.
Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe entzieht der Außenluft Wärmeenergie. Diese Wärme wird im Verdampfer auf das Kältemittel übertragen, im Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und anschließend an das Heizwasser abgegeben. Dieses kann dann zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden.
Eine Luft/Luft-Wärmepumpe entzieht der Außenluft Wärme und gibt sie direkt an die Raumluft ab. Im Heizbetrieb arbeitet eine reversible Split-Klimaanlage wie eine Wärmepumpe: Das Außengerät nimmt Wärme aus der Außenluft auf, das Innengerät gibt sie als warme Luft in den Raum ab.
Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe nutzt die im Erdreich gespeicherte Wärme. Dafür zirkuliert eine Soleflüssigkeit durch Erdsonden oder Erdkollektoren und nimmt dort Wärme auf. In der Wärmepumpe wird diese Energie über den Kältemittelkreislauf auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht und an das Heizwasser übertragen.
Eine Erdwärmepumpe nutzt Wärme aus dem Erdreich. Häufig handelt es sich dabei um eine Sole/Wasser-Wärmepumpe. Da die Temperatur im Erdreich vergleichsweise konstant ist, kann diese Wärmequelle besonders effizient genutzt werden.
Wärmepumpen können Wärme aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser gewinnen. Luft/Wasser- und Luft/Luft-Wärmepumpen nutzen Außenluft. Sole/Wasser-Wärmepumpen nutzen Erdwärme. Wasser/Wasser-Wärmepumpen greifen auf Grundwasser als Wärmequelle zurück.
Auch kalte Außenluft enthält noch Wärmeenergie. Eine Wärmepumpe kann diese Energie aufnehmen und mithilfe des Kältemittelkreislaufs nutzbar machen. Das Kältemittel verdampft bereits bei niedrigen Temperaturen und wird anschließend im Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau gebracht.
Das Kältemittel transportiert die Wärme innerhalb der Wärmepumpe. Es nimmt Umweltwärme auf, verdampft dabei und wird gasförmig. Anschließend wird es verdichtet, erwärmt sich stark und gibt die Wärme wieder ab. Danach entspannt es sich und der Kreislauf beginnt von vorn.
Im Verdampfer wird die Umweltwärme auf das Kältemittel übertragen. Das Kältemittel nimmt die Wärme auf und verdampft. Dieser Schritt ist der Beginn des Kältemittelkreislaufs.
Der Verdichter saugt das gasförmige Kältemittel an und verdichtet es. Dadurch steigen Druck und Temperatur des Kältemittels. Erst so erreicht die aufgenommene Umweltwärme ein Temperaturniveau, das zum Heizen genutzt werden kann.
Im Verflüssiger gibt das heiße Kältemittel seine Wärme ab. Je nach Wärmepumpenart wird diese Wärme an das Heizwasser oder direkt an die Raumluft übertragen. Dabei wird das Kältemittel wieder flüssig.
Das Expansionsventil senkt den Druck des flüssigen Kältemittels. Dadurch kühlt es ab und kann im Verdampfer erneut Wärme aus der Umwelt aufnehmen. Anschließend beginnt der Kreislauf von vorn.
Eine Wärmepumpe benötigt Strom vor allem für den Verdichter, die Regelung und weitere technische Komponenten. Der Strom wird nicht genutzt, um Wärme direkt zu erzeugen, sondern um Umweltwärme aufzunehmen, zu verdichten und für das Gebäude nutzbar zu machen.
Eine Wärmepumpe nutzt einen großen Teil der benötigten Energie aus der Umwelt. Strom wird vor allem eingesetzt, um diese Umweltwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau zu bringen. Dadurch kann eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom mehrere Kilowattstunden Wärme bereitstellen.
Ja, viele Wärmepumpen können neben Raumwärme auch Warmwasser bereitstellen. Das gilt vor allem für Systeme, die Wärme an ein wassergeführtes Heizsystem übertragen, zum Beispiel Luft/Wasser- oder Sole/Wasser-Wärmepumpen.
Ja, entsprechend ausgelegte Wärmepumpen können auch zum Kühlen genutzt werden. Bei reversiblen Systemen wird der Kreislauf umgekehrt: Die Anlage entzieht dem Raum Wärme und führt sie nach außen ab.
Eine reversible Wärmepumpe kann den Kältemittelkreislauf umkehren. Im Heizbetrieb nimmt sie Umweltwärme auf und gibt sie im Gebäude ab. Im Kühlbetrieb entzieht sie dem Raum Wärme und transportiert sie nach außen.
Bestandsgebäuden eingesetzt werden. Im Neubau lassen sich Gebäudehülle, Heizflächen und Wärmepumpe direkt aufeinander abstimmen. Im Bestand kommt es vor allem darauf an, wie gut das Gebäude gedämmt ist, welche Heizflächen vorhanden sind und welche Vorlauftemperaturen benötigt werden. Je nach Gebäude können Luft/Wasser-, Sole/Wasser- oder Luft/Luft-Wärmepumpen infrage kommen.
Bei wassergeführten Wärmepumpen beschreibt die Vorlauftemperatur die Temperatur, mit der das Heizwasser in das Heizsystem geleitet wird. Je niedriger diese Temperatur ist, desto effizienter kann die Wärmepumpe arbeiten. Denn die aufgenommene Umweltwärme muss dann weniger stark erwärmt werden, bevor sie an das Heizsystem abgegeben wird. Besonders gut funktioniert das mit passend ausgelegten Heizflächen wie Fußbodenheizungen oder geeigneten Heizkörpern.
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen unterscheidet man häufig zwischen Monoblock- und Split-Bauweise. Bei einer Monoblock-Wärmepumpe befindet sich der Kältemittelkreislauf in der Außeneinheit. Die Wärme wird von dort an das wassergeführte Heizsystem im Gebäude übertragen. Bei einer Split-Wärmepumpe sind Außen- und Inneneinheit getrennt: Das Außengerät nimmt Umweltwärme auf, die Inneneinheit überträgt sie an das Heiz- oder Warmwassersystem. Beide Bauweisen nutzen das gleiche Grundprinzip, unterscheiden sich aber im Aufbau und in der Installation.
