Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Die Funktion einer Wärmepumpe kann relativ einfach erklärt werden. Eine Wärmepumpe ist im Grunde nichts anderes als ein Kühlschrank, dessen Funktionsprinzip umgekehrt wurde. Bei Kühlschränken wird die Wärme von innen nach außen umgeleitet. Bei einer Wärmepumpe wird die Wärme hingegen von außen nach innen geleitet.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe – effizient dank Komplexität

Eine Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank. Mit einem kleinen Unterschied: Ein Kühlschrank entzieht dem Raum Wärme, die Wärmepumpe leitet die Wärme hingegen in den Raum hinein. Andere Systeme wandeln Strom direkt in Wärme um. Eine Wärmepumpe nutzt den Strom hingegen, um Wärme aus dem Erdreich oder der Luft zu fördern. Diese Wärme wird anschließend zur Verfügung gestellt. Die Wärme stammt beispielsweise aus dem Erdreich, dem Grundwasser, der Luft oder aus Flüssen. In einer Wärmepumpe wird ein Kältemittel abwechselnd verflüssigt und verdampft. Das spezielle Kältemittel hat die besondere Eigenschaft, dass es bereits bei relativ niedrigen Temperaturen verdampft und Wärme aufnehmen kann. Auf einem höheren Temperaturniveau wird diese Energie wieder abgegeben und das Kältemittel kondensiert erneut.

Das Beispiel Luft-Wärmepumpe

Die Funktion einer Wärmepumpe lässt sich anhand einer Luft-Wärmepumpe einfach erklären. Wird beispielsweise aus -10° C kalter Luft Energie entnommen, wird diese durch einen strombetriebenen Verdichtungsprozess auf eine Temperatur von 40° C erhöht. Dieser Vorgang wird durch das noch kältere Kältemittel (z.B. R-410A) in der Wärmepumpe ermöglicht, welches schon bei -10° C verdampft. Die Energie aus der Luft wird durch den Wärmetauscher auf das Kältemittel übertragen und nach vollständiger Verdampfung in einem Kolben- oder Scrollverdichter komprimiert.

Durch den Druck wird die Energie des Dampfes in Form von Wärme frei. Ein weiterer Wärmetauscher überträgt die so entstandene Wärme an das Heizsystem. Gleichzeitig wird durch einen Expansionsvorgang das Kältemittel wieder vollständig verflüssigt und in den Kreislauf zurückgeführt. Ein sehr bekanntes Kältemittel waren die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die jedoch wegen ihrer schädigenden Wirkung in Bezug auf das Ozonloch verboten wurden. Die heute eingesetzten Kältemittel sind jedoch nicht mehr schädigend oder gar gefährlich und können bedenkenlos eingesetzt werden.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe: Darstellung der Funktionsweise einer Wärmepumpe

Funktionsweise der Wärmepumpe

Wie funktioniert eine Wärmepumpe – die verschiedenen Wärmequellen

Die Funktion einer Wärmepumpe kann durch vielerlei Quellen genutzt werden. Umweltwärme entsteht beispielsweise dadurch, dass Wasser oder Luft durch Sonnenstrahlen mit Energie gespeist werden. Aus dem Erdreich wird die gespeicherte Energie durch Tiefenbohrungen entnommen. Aber auch die Abwärme von großen technischen Anlagen, wie zum Beispiel Serverräumen, können mit einer Wärmepumpe genutzt werden, um genug Wärme für ein ganzes Gebäude zu erzeugen. Wie funktioniert also eine Wärmepumpe? Die Funktion der Wärmepumpe ist bei jeder Wärmequelle gleich. Mit dem passenden Kühlmittel wird der Umgebung Energie entzogen und in Form von nutzbarer Wärme abgegeben.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe – fast nur Vorteile

Die Funktion einer Wärmepumpe überzeugt durch eine umweltfreundliche Ausrichtung. Wenn Ökostrom genutzt wird, fallen nahezu keine CO2-Emissionen an. Durch die Nutzung der Umgebung als Wärmereservoir wird die Energiebilanz zusätzlich verbessert. Die betreffenden Anlagen sind wartungsarm und werden staatlich gefördert. Das ausschlaggebende Argument dürfte darin liegen, dass kein Brennstoffvorrat benötigt wird.

Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Wer sich schon einmal die Frage gestellt hat "Wie funktioniert eine Wärmepumpe", der sollte sich nun ausreichend informiert fühlen. Während ein Kühlschrank die Wärme aus dem Inneren entzieht, setzt bei der Wärmepumpe der umgekehrte Prozess ein.

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