Wie funktioniert die Wärmepumpe?
Wärmepumpen beziehen je nach Konfiguration den überwiegenden Teil der Energie zum Heizen aus der Umwelt. Die gängigsten Wärmequellen sind Luft, Erdreich und Grundwasser. Um die Umweltwärme nutzbar zu machen, benötigen Wärmepumpen Strom für den Antrieb und die Pumpen. Technik, rechtliche Vorgaben und Kosten unterscheiden sich danach, ob die Energie der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser entzogen wird.
Umgekehrtes Prinzip eines Kühlschranks
Eine Wärmepumpe transportiert Wärme von einer niedrigeren auf eine höhere Temperatur. Dazu wird Energie zugeführt. Das Grundprinzip ähnelt dem eines Kühlschranks: Ein Kältemittel nimmt beim Verdampfen Wärme auf, wird im Verdichter auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur gebracht und gibt anschließend Wärme an das Heizsystem ab. Danach wird sein Druck über ein Expansionsventil abgesenkt, und der Kreislauf beginnt erneut.
Geeignete Anlagen können auch kühlen. Ob aktive oder passive Kühlung möglich ist, hängt unter anderem von der Wärmequelle und der Geräteausstattung ab.
Geniale Technik - einfach erklärt!
Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Teilen: der Wärmequellenanlage, die der Umgebung der benötigte Energie entzieht; der eigentlichen Wärmepumpe, die die gewonnene Umweltwärme nutzbar macht; sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärmeenergie im Haus verteilt oder zwischenspeichert. Der technische Prozess läuft dabei in drei Schritten ab.
Schritt 1: Gewinnung
In der Wärmequellenanlage zirkuliert eine Flüssigkeit, häufig eine Sole, d.h. Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist. Die Flüssigkeit nimmt die Umweltwärme, z.B. aus dem Erdreich oder dem Grundwasser, auf und transportiert diese zur Wärmepumpe. Eine Ausnahme bilden Luft-Wärmepumpen. Diese saugen über einen Ventilator die Außenluft an, die der Wärmepumpe die Umgebungswärme zuführt.
Schritt 2: Nutzbarmachung
In der Wärmepumpe befindet sich ein weiterer Kreislauf, in dem ein so genanntes Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der Kältemitteldampf wird nun zu einem Verdichter/Kompressor weitergeleitet. Dadurch hebt sich das Temperaturniveau des gasförmigen Kältemittels, es wird also heißer. In einem weiteren Wärmetauscher, dem so genannten Verflüssiger, wird das unter hohem Druck stehende, heiße Kältemittelgas nun kondensiert, wobei es seine Wärme wieder abgibt. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel, in der der Druck des Kältemittels wieder verringert wird, geleitet. Das nun flüssige, entspannte Kältemittel wird schließlich zum Verdampfer zurückgeführt.
Schritt 3: Beheizung
In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich nun das Wärmeverteil- und Speichersystem. Darin zirkuliert als Heizmedium in der Regel Wasser. Dieses Wasser nimmt die Wärme, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt, auf und leitet dieses entweder zu einem Verteilersystem, wie z.B. Flächenheizungen oder Heizkörpern, oder zu einem Heizungspuffer- bzw. Warmwasserspeicher.
„Hinweis: Niedrige Vorlauftemperaturen schaffen gute Voraussetzungen für einen sparsamen Betrieb der Wärmepumpe. Flächenheizungen und ausreichend große Heizkörper können die benötigte Wärme bereits bei niedrigen Temperaturen an die Räume abgeben. Bei geeigneter Auslegung kann ein Flächenheizsystem auch zum Kühlen mit der Wärmepumpe genutzt werden. Weitere Informationen zu Flächenheiz- und -kühlsystemen finden Sie hier.
Wie effizient die Anlage über ein Jahr arbeitet, zeigt die Jahresarbeitszahl (JAZ): Sie setzt die bereitgestellte Wärme ins Verhältnis zum eingesetzten Strom. Eine fachgerechte Auslegung von Wärmepumpe, Heizflächen und Hydraulik verbessert die Voraussetzungen für eine hohe JAZ. Für eine Förderung gelten zusätzlich die jeweils aktuellen Programmbedingungen. Weitere Informationen bietet der Förderrechner des BWP.“