Funktionsweise einer Wärmepumpe

[Brüggemann]

Die Funktionsweise der Wärmepumpe ist im Prinzip identisch mit der eines altbekannten Alltagsgerätes: Dem Kühlschrank. Während der Kühlschrank allerdings seinem Innenraum die Wärme entzieht und nach draußen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Die Funktion läuft also genau umgekehrt ab.

Eine Wärmepumpe erzeugt aus rund 75 Prozent kostenloser Umweltwärme und 25 Prozent Antriebsenergie die Wärme, die man zum Heizen und zur Warmwasserbereitung benötigt. Sie kann aber auch sehr effektiv zum Kühlen eingesetzt werden. Als Wärmequelle nutzt sie Umweltwärme, die sie der Umgebungsluft oder dem Erdboden entzieht.

Dabei arbeitet sie im Prinzip wie ein Kühlschrank – man vertauscht sozusagen nur die Seiten: In der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel, das bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft. Dabei entzieht es dem Wärmequellenkreislauf Wärme. Das verdampfte Kältemittel wird nun mittels der Antriebsenergie im Kompressor stark verdichtet: Durch den höheren Druck steigt auch die Temperatur. Anschließend wird das Kältemittel verflüssigt, wodurch es die gespeicherte Wärme – Umweltwärme plus Antriebsenergie – an das Heizsystem abgibt.

Da eine Wärmepumpe zu einem großen Teil – je nach Effizienz bis zu 75 Prozent – kostenlose Umweltwärme nutzt, ist sie nicht nur umweltfreundlich, sondern bietet auch sehr günstige Betriebs- und Verbrauchskosten. Zudem macht eine Wärmepumpe unabhängig von fossilen Energieträgern und von Energieimporten aus dem Ausland mit unkalkulierbaren Preisschwankungen. Und da der Strom, mit dem die Wärmepumpe angetrieben wird, zu einem immer größeren Anteil aus erneuerbaren Energiequellen stammt (bis 2030 sollen es über 30 Prozent sein), wird eine Wärmepumpe sozusagen von selbst immer umweltfreundlicher.
 
Der innerhalb der Wärmepumpe ablaufende Kreisprozess wird aus 4 Komponenten gebildet: dem Verdampfer, dem Verdichter, dem Verflüssiger und dem Entspannungsventil. Träger für die Wärmeenergie ist ein Kältemittel mit einem extrem niedrigem Siedepunkt.
• Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme aus der Umwelt auf und wird dadurch gasförmig.
• Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Hierfür benötigt das Gerät die externe elektrische Energie.
• Im Verflüssiger wird die Wärmeenergie an den Heizungskreislauf abgegeben.
• Im Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt, um danach den Kreislauf von Neuem zu durchlaufen.
Die für den Kreisprozess nötige Wärme entzieht die Wärmepumpe dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Luft. Erdwärmesonden und Erdwärmekollektoren nutzen die im Erdboden gespeicherte Wärme. Nach dem Arbeitsmittel werden diese erdgekoppelten Anlagen als Sole/Wasser-Wärmepumpen bezeichnet.

Quelle: bwp e.V.