Wärmepumpe

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, welche die Energie aus der Umwelt zum Beheizen nutzt. Mit ihren üblichen Energiequellen Luft, Erde oder Grundwasser ist die Pumpe deutlich umweltfreundlicher als andere Heizsysteme. Um diese Quellen zu nutzen und die Wärmepumpe betreiben zu können, ist elektrische Energie erforderlich

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Wärmepumpen sind eigentlich Kühlschränke mit umgekehrter Funktionsweise: Der Kühlschrank entreißt Wärme aus seinem Innenraum und gibt sie an die Umgebung ab, während die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme entzieht und sie als Heizenergie zum Haus transportiert.

Gut zu wissen: Die Wärmepumpe Funktionsweise gründet auf dem physikalischen Phänomen namens Joule-Thomson-Effekt. Demnach kühlt sich ein Gas ab, sobald es durch eine enge Öffnung strömt. Das hat zur Folge, dass der Druck des Gases abnimmt. Es entspannt sich.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe lässt sich in den folgenden drei Bestandteilen des Pumpen-Heizsystems wiederfinden: Wärmequellenanlage, Wärmepumpe, Wärmeverteil- & Speichersystem.

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Jeder dieser Abschnitte hat hierbei einen eigenen Kreislauf, der jeweils einem bestimmten Zweck dient: 

1. Wärmequellenanlage → Energie-Gewinnung
2. Wärmepumpe → Energie-Nutzbarmachung
3. Wärmeverteil- & Speichersystem → Beheizung

Energie-Gewinnung

Im ersten Kreislauf wird der Umgebung die Wärmeenergie entzogen und auf Wasser übertragen, welches dann zum Verdampfer der Wärmepumpe weitertransportiert wird. Als Wärmequellen dienen hierbei also entweder der Erdboden oder das Grundwasser. 

Energie-Nutzbarmachung

Innerhalb des Pumpen-Kreislaufs wird die Wärmeenergie der Umgebung in vier Schritten nutzbar gemacht. Dafür ist in diesem Kreislauf permanent ein Kältemittel im Umlauf.

1. Verdampfen: Das Kältemittel nimmt beim Verdampfer die Umwelt-Wärmeenergie durch das Wasser auf, weshalb das Kältemittel verdampft.
     
2. Verdichten: Der Dampf des Kältemittels kommt nun beim Verdichter an. Hier erhöht sich der Druck des Gases, wodurch auch die Temperatur ansteigt.
     
3. Verflüssigen: Im Verflüssiger kondensiert das Gas dann wieder. Der Dampf geht also vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über und gibt dabei seine Wärmeenergie an das Wärmeverteil- und Speichersystem ab.
     
4. Entspannen: Das jetzt wieder flüssige Kältemittel gelangt jetzt zu einer engen Öffnung, welche Expansionsventil oder Drossel heißt. Hier wird der Druck des Kältemittels verringert, wodurch es abkühlt und sich „entspannt“. Anschließend wird das Kältemittel erneut zum Verdampfer geleitet, um den Kreislauf erneut zu durchlaufen.

Übrigens: Eine weitere Art der Wärmepumpen bilden die Luftwärmepumpen. Sie funktionieren, indem sie das Kältemittel der Pumpe direkt durch die Temperatur der Umgebungsluft erhitzen.

Beheizung

Im letzten Kreislauf wird die nutzbare Wärmeenergie an das Haus zur Beheizung verteilt oder gespeichert, damit es später verwendet werden kann. Mit dieser Energie können dann Heizungen, Fußböden oder Wasser im Haushalt erwärmt werden.

Wenn die Energie nicht sofort genutzt wird, dient Wasser als Speichermedium für die abgegebene Wärme des kondensierten Kühlmittels.

Wärmepumpe im Winter

Selbst bei winterlichen Außentemperaturen von bis zu -20 °C können Wärmepumpen funktionieren. Ein Grund dafür ist die Druckerhöhung beim Verdichten. Dadurch können die geringen Außentemperaturen ausreichend zum Erhitzen ansteigen. Wenn es dann noch kälter werden sollte, aktiviert sich ein elektrischer Heizstab. Dieser hilft dabei, das Kältemittel ausreichend für das Heizsystem zu erwärmen. 

Nichtsdestotrotz wird es zu einer Leistungsminderung der Pumpe kommen. Deshalb kann es auch sinnvoll sein, unterstützend mehrere Heizsysteme als Hybridsystem zu nutzen. Damit wird gewährleistet, dass das Beheizen im Winter nachhaltiger und umweltfreundlicher als beim ausschließlichen Nutzen von fossilen Brennstoffen ausfällt.

Wärmepumpe — häufigste Fragen

• Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
  Das Prinzip und die Funktionsweise einer Wärmepumpe gleichen der eines anderen alltäglichen Haushaltsgerätes: dem Kühlschrank. Der Kühlschrank entreißt Wärme aus seinem Innenraum und gibt sie an seine Umgebung ab, während die Wärmepumpe ihrer Umgebung die Wärme entzieht und sie in Form von Wärmeenergie zum Haus transportiert.

• Was macht eine Wärmepumpe?
  Eine Wärmepumpe überführt Wärme aus der Luft, dem Grundwasser oder der Erde in ein Haus. Hierfür wird als Transportmittel ein Kältemittel verwendet. Dieses verdichtet sich im Kreislauf der Wärmepumpe, sodass es heißer wird. Anschließend wird die Wärme zur Nutzung abgegeben und das Kältemittel kühlt wieder ab.
    
• Was ist die Funktion einer Wärmepumpe?
  Die Funktion einer Wärmepumpe ist es, ihrer Umgebung außerhalb des Hauses Wärmeenergie zu entziehen und diese dann für die Heizung im Innenraum des Hauses nutzbar zu machen. Somit macht sie genau das Gegenteil von einem Kühlschrank, der die Umgebung erwärmt und seinen Innenraum mitsamt Lebensmitteln kühlt.

Wie funktioniert ein Kühlschrank?

Jetzt weißt du, wie eine Wärmepumpe funktioniert. Das Prinzip eines Kühlschranks ist ganz ähnlich. Wie ein Kühlschrank genau funktioniert und wie er aufgebaut ist, erfährst du in diesem Video dazu!