Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Als eines der wichtigsten Geräte zur Wärmebereitstellung werden Wärmepumpen aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit und Energieeinsparung in vielen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Im Folgenden werden dann speziell die Art und das Funktionsprinzip der Wärmepumpe vorgestellt.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wohn-, Gewerbe- und Industrieanwendungen mit Heizung, Kühlung und Warmwasser versorgen kann. Jede Wärmepumpenanlage kann parallel heizen und kühlen. Je nachdem, welcher Dienst überwiegend genutzt wird, spricht man von einer Wärmepumpe, einem Klimagerät oder einer Kühl-/Kältemaschine.

Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Wärmepumpen wandeln Systemenergie aus Luft, Boden und Wasser in Nutzwärme um. Diese Umwandlung erfolgt über den Kältemittelkreislauf.

Verdunstung

Eine Wärmepumpe verfügt immer über eine Außenwärmequelle und einen Innenauslass. Außenquellen können Umgebungsluft, Abluft, Bodengestein, Grundwasser, Wasser usw. sein. Die Energie aus diesen Quellen ist unendlich und daher erneuerbar. Diese Energie macht etwa 75 % der Energie aus, die zum Antrieb der Wärmepumpe verwendet wird.

Die Flüssigkeit in den unterirdischen Rohren nimmt die Wärme aus dem Erdreich auf. Der Außenwärmetauscher, der Verdampfer, nutzt die Wärmeenergie der Außenquelle, um das Kältemittel (die Flüssigkeit in der Wärmepumpe) zum Kochen zu bringen und in einen gasförmigen Zustand zu überführen.

Der Schlüssel zum Verständnis: Der Boden hat das ganze Jahr über eine stabile Temperatur von etwa 10–12 °C. Diese Temperatur reicht aus, um das Kältemittel zu erwärmen, da es einen sehr niedrigen Siedepunkt hat. Das bedeutet, dass zum Aufheizen nur eine sehr niedrige Temperatur erforderlich ist.

Kompression

Anschließend gelangt das Kältemittel zum Herzstück einer Wärmepumpe: dem Kompressor. Der Kompressor komprimiert das gasförmige Kältemittel auf einen hohen Druck, was zu einem Temperaturanstieg führt.

Um den Kompressor anzutreiben, wird zusätzliche Energie benötigt: aus Strom, Gas oder thermischer Energie. Dies macht 25 % der Gesamtenergie aus, die zum Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird. Wird Ökostrom genutzt – z. B. mittels Photovoltaik – ist eine Wärmepumpe zu 100 % erneuerbare Energien und somit CO2-neutral.

Kondensation

Auf der Auslassseite des Kompressors strömt nun heißer und unter hohem Druck stehender Dampf durch den zweiten Wärmetauscher, den sogenannten Kondensator. Dieser Wärmetauscher ermöglicht es dem Kältemittel, die Wärme an das Heizsystem des Hauses (Luftgebläse, Fußbodenheizung oder Heizkörper) abzugeben, indem das Kältemittel anschließend kondensiert, dh das Kältemittel vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht.

Der Innenauslass kann ein Luftsystem (wie bei typischen Klimaanlagen) oder ein Hydroniksystem (auf Wasserbasis) sein, bei dem die Wärmepumpe an ein Fußbodenheizungssystem oder Heizkörper angeschlossen ist. Zur Bereitstellung von Sanitärwarmwasser besteht die Inneneinheit (auch) aus einem Warmwasserspeicher, dessen Inhalt mehrere Hundert Liter betragen kann.

Erweiterung

Das kondensierte Kältemittel durchläuft dann eine Drucksenkvorrichtung, das Expansionsventil. Das nun unter niedrigem Druck stehende flüssige Kältemittel gelangt dann in einen weiteren Wärmetauscher, den Verdampfer, in dem die Flüssigkeit Wärme aufnimmt und siedet. Von da an beginnt der Zyklus erneut.

Einige Teile des Funktionsprinzips der Wärmepumpe sind möglicherweise komplizierter und schwer zu verstehen. Sollten Sie während des Lesevorgangs etwas nicht verstehen, können Sie sich für detailliertere Informationen und Lösungen auch an uns wenden. Wir produzieren auch hochwertige Wärmepumpenprodukte.

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