Die Funktion der Wärmepumpe einfach erklärt

Eine Wärmepumpenanlage nutzt Energie aus der Umwelt, um ein Gebäude mit Wärme zu versorgen. Möglich ist das durch einen technischen Prozess, bei dem ein Kältemittel immer wieder verdampft, verdichtet und abgekühlt wird. In den folgenden Abschnitten erklären wir die Funktion der Wärmepumpe verständlich und zeigen, welche Voraussetzungen es für einen energiesparenden Betrieb gibt.

Die Themen im Überblick:

Der Wärmepumpenkreislauf und die Funktion der Wärmepumpe

Geht es um die Funktion der Wärmepumpe, lässt sich diese am besten anhand des sogenannten Wärmepumpenkreislaufs erklären. Dieser beschreibt den technischen Prozess im Inneren der Anlage, der grundsätzlich aus vier Schritten besteht. Diese sind:

  • das Verdampfen des Kältemittels
  • das Verdichten und Erwärmen des Mediums
  • das Übertragen der Wärme auf die Heizungsanlage
  • das Entspannen des Kältemittels

Schema zeigt die Funktion der Wärmepumpe

Verdampfer erwärmt Kältemittel

Im ersten Schritt der Funktion der Wärmepumpe steht die Verdampfung. Dabei gelangt die thermische Energie der eingesetzten Umweltenergiequelle über einen Wärmeübertrager in das Kältemittel. Dieses nimmt die Wärme auf und verdampft dabei bereits bei niedrigen Temperaturen vollständig.

Verdichter erhöht Druck und Temperatur

Im zweiten Schritt der Funktion der Wärmepumpe nimmt ein strombetriebener Verdichter das nun dampfförmige Kältemittel auf. Er erhöht den Druck des Mediums und sorgt damit für einen Anstieg der Temperatur. Damit sich die Umweltwärme auf das Heizsystem übertragen lässt, muss das Kältemittel wärmer als das Heizungswasser in der Anlage sein.

Verflüssiger speist die Heizungsanlage

Ist die Temperatur des Kältemitteldampfes hoch genug, gelangt die thermische Energie im nächsten Schritt der Funktion der Wärmepumpe in das Heizsystem. Möglich ist das über einen zweiten Wärmeübertrager, der sowohl vom Kältemittel als auch vom Heizwasser durchströmt wird. Während sich das Heizungswasser dabei erwärmt, sinkt die Temperatur des Kältemittels und es beginnt sich allmählich zu verflüssigen.

Entspanner für die Funktion der Wärmepumpe

Im letzten Schritt der Funktion der Wärmepumpe fließt das Kältemittel durch einen sogenannten Entspanner. Dieser reduziert den Druck des Mediums auf das Ausgangsniveau und stellt sicher, dass aller Dampf wieder flüssig ist. Daraufhin beginnt der Wärmepumpenkreislauf von vorn.

Voraussetzungen für die sparsame Funktion der Wärmepumpe

Eine strombetriebene Wärmepumpenheizung arbeitet nur dann besonders sparsam, wenn der Temperaturunterschied zwischen Umweltwärmequelle und Heizsystem niedrig ist. Denn das entlastet den elektrischen Verdichter und sorgt für niedrige Heizkosten. Neben der Wahl einer günstigen Energiequelle sollten Hausbesitzer dabei auch auf die Planung der eigenen Anlage achten. Voraussetzung für die sparsame Funktion der Wärmepumpe ist dabei ein System, das auch mit niedrigen Heizwassertemperaturen für kuschelige Temperaturen sorgt. Möglich ist das zum Beispiel durch eine gut gedämmte Gebäudehülle, energiesparende Fenster und eine Flächenheizung.

Energiequellen für eine Wärmepumpenheizung

Abhängig vom Standort der Wärmepumpenanlage haben Hausbesitzer unterschiedliche Wärmequellen zur Auswahl. Typisch sind zum Beispiel Luft, Erde oder Wasser.

Energie aus der Luft

Die Energiequelle Luft lässt sich mit einer Wärmepumpenanlage am einfachsten anzapfen. Nötig ist hier allein ein Ventilator, der die Außenluft über den Verdampfer führt. Da die Umgebungstemperaturen aber vor allem in der Heizsaison stark sinken, ist die Effizienz der Technik begrenzt. Die Wärmequelle Luft lässt sich zum Beispiel mit Luft-Wasser-Wärmepumpen oder einer Warmwasserwärmepumpe nutzen.

Erdwärme für die Heizung

Sprechen Experten von Erdwärme in Zusammenhang mit einer Wärmepumpenanlage, meinen sie in der Regel thermische Energie aus den obersten Schichten der Erde. Diese kommt vor allem von der Sonne und lässt sich zum Beispiel mit Tiefenbohrungen oder flächig verlegten Kollektoren gewinnen. Während das vergleichsweise teuer ist, zählt die konstant hohe Temperatur der Energiequelle zu den Vorteilen der Technik. Denn diese sorgt für niedrige Heizkosten mit der Erdwärmepumpe.

Wasser für die Funktion der Wärmepumpe

Noch günstiger ist die Funktion der Wärmepumpe mit Wasser. Denn dieses hat zum Beispiel als Grundwasser ganzjährig hohe Temperaturen und sorgt somit für niedrige Heizkosten. Ob die dafür nötige Brunnenanlage überhaupt zulässig ist, müssen Hausbesitzer unbedingt vor dem Baubeginn mit den entsprechenden Ämtern klären. Welche das sind, erklären wir im Beitrag Grundwasserwärmepumpe.

Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Die Funktion der Wärmepumpe basiert auf einem zirkulierenden Kältemittel. Dieses strömt durch einen immer wieder ablaufenden Prozess und wird dabei nacheinander erwärmt, verdichtet und abgekühlt. Damit sich die Energie aus Luft, Erde oder Wasser sparsam nutzen lässt, sollte der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem niedrig sein.

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