Die Wärmepumpe Funktion kurz und verständlich erklärt

Luft, Erde, Wasser. In ihrer Wärmepumpe Funktion unterscheiden sich die drei Techniken nicht allzu sehr voneinander. Für den Kauf einer solchen Wärmepumpe sind aber andere Voraussetzungen nötig. Welche das sind, lesen Sie in den folgenden Abschnitten.

Die Wärmepumpe Funktion kurz gefasst

Mit der Wärmepumpe Funktion ist es möglich, Wärmeenergie aus der Umwelt zu gewinnen. Nicht nur das, sie kann diese auf ein für uns Menschen nutzbares Temperaturniveau anheben. Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe gleicht dem eines Kühlschranks. Der Unterschied besteht darin, dass das Gerät nicht Kälte, sondern Wärme erzeugt. Die drei gängigen Energiequellen für eine Wärmepumpe sind Luft, Erdreich und Grundwasser.

Abbildung der Wärmepumpe Funktion
Funktionsweise der Wärmepumpe

Je nach Energiequelle wird die darin enthaltene Wärme durch einen Wärmetauscher, auch Verdampfer genannt, geleitet. Dieser wiederum gibt die gewonnene Wärme an einen mit Kältemittel gefüllten Kreislauf weiter. Da das Kältemittel bereits bei relativ niedrigen Temperaturen kondensiert, kommt es innerhalb der Wärmepumpe zur Verdampfung. Es folgt ein Komprimierungsprozess. Hier setzt ein mit Strom angetriebener Kolben- oder Scrollverdichter den Dampf unter Druck. Er bringt das Kältemittel nach und nach auf das gewünschte Temperaturniveau.

Die Wärmepumpe Funktion ausführlich erklärt

Das Wärmeempfinden ist subjektiv. Temperaturen um die null Grad Celsius bezeichnen die meisten Menschen als kalt. Aus physikalischer Sicht gesehen ist das nicht ganz korrekt. Denn der absolute Nullpunkt liegt dort bei -273,15 Grad Celsius. Alles, was darüber liegt, enthält theoretisch noch Energiewärme. Mit der Wärmepumpe Funktion ist es also möglich, auch bei unwirklichen Temperaturen Wärme zu gewinnen.

In der Praxis ergibt dies aber keinen Sinn. Denn der mit Strom angetriebene Verdichter muss sehr viel Leistung aufbringen, um aus dem Ausgangsmaterial Wärme zu gewinnen. Um die Wärme zum Beispiel für die Heizung nutzen zu können, muss ihre Temperatur über der des Heizsystems liegen. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizanlage ist, desto mehr Energie muss zusätzlich aufgebracht werden. Für die Wärmepumpe Funktion und ihre Effizienz ist es also entscheidend, wie hoch die Temperatur der jeweiligen Energiequelle ist.

Die Funktion bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Luft ist überall vorhanden, und noch dazu kostenlos. Luft ist auch die Energiequelle für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. Sie saugt die Außenluft mithilfe von Ventilatoren an und überträgt sie an den Wärmetauscher. Dieser entzieht der Luft Wärme und gibt sie an ein zirkulierendes Medium weiter. In dem Fall handelt es sich um ein Kältemittel. Dieses ändert seinen Aggregatzustand bereits bei niedrigen Temperaturen. Im Vergleich: Wasser verdampft bei 100 Grad Celsius. Trifft die der Luft entzogene Wärme auf das Kältemittel, verdampft Letzteres.

Es folgt der Verdichtungsprozess. Ein mit Strom angetriebener Kompressor erhöht den Druck des Kältemitteldampfs. Dadurch steigt auch die Temperatur. Die nun gewonnene Wärme wird über einen Wärmeübertrager an den Heizkreis weitergegeben. Es kühlt dabei allmählich ab und verflüssigt sich wieder. In einem Expansionsventil wird der Druck abgebaut bis das Gas wieder flüssig ist. Nun kann der Vorgang wiederholt werden. Während des Betriebs können wahrnehmbare Geräusche entstehen. Das sollte bei der Planung berücksichtigt werden.

Nach demselben Prinzip läuft auch die Wärmepumpe Funktion bei der Abluftwärmepumpe. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass nicht der Außenluft, sondern der Abluft Wärme entzogen wird.

Die Funktion bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wärmepumpe Funktion bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist der der Luft-Wasser-Wärmepumpe fast identisch. Auch hier wird einem bestimmten Medium Wärme entzogen und diese durch einen Kältemittelkreislauf geleitet. Statt der Außenluft gewinnt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe ihre Wärme aus dem Grundwasser. Dieses bietet das ganze Jahr über eine konstante Temperatur von sieben bis zwölf Grad Celsius.

Auch wenn die Wärmepumpe Funktion bei beiden Arten fast identisch ist, gibt es bei den Voraussetzungen große Unterschiede. So benötigt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe mindestens zwei Brunnen: einen Förderbrunnen und einen Schluckbrunnen. Die Tiefe der Brunnen variiert je nach Stand des Grundwassers zwischen 4 und 15 Metern. Des Weiteren muss sichergestellt werden, dass immer genügend Wasser vorhanden ist. Die Wasserqualitäten und dessen chemische Zusammensetzung variieren sehr stark. Es besteht deshalb Korrosionsgefahr für den Wärmetauscher und die Rohrleitungen. Eine Analyse des Grundwassers vor dem Bau ist deshalb ratsam.

Neben Grundwasser ist es auch möglich, Kühlwasser, etwa aus industrieller Abwärme, als primäre Energiequelle zu nutzen. Für beide Wasserarten gilt aber, dass die Nutzung von der zuständigen Behörde genehmigt werden muss. Das ist in der Regel das Wasserwirtschaftsamt.

DIe Funktion bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe

Die Wärmepumpe Funktion bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe ist der einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sehr ähnlich. Auch hier ist die Energiequelle kostenlos und das ganze Jahr über sehr konstant. Die Temperaturen liegen je nach Tiefe und Bodenqualität zwischen 7 und 13 Grad Celsius. Auch dann, wenn die obere Erdschicht bereits zugefroren ist. Hier wird die aus der Erdschicht gewonnene Wärme ebenfalls durch einen Kreislauf mit Kältemittel geleitet, am dessen Ende die Wärme genutzt wird.

Für die Verwendung einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sind oft Bohrungen nötig. Diese sind meldepflichtig. Bei Bohrungen von mehr als 100 Metern Tiefe ist die Bergbehörde zuständig. Eine weitere Genehmigung durch die Wasserbehörde ist ebenfalls Voraussetzung für eine Tiefenbohrung. Erst wenn alle rechtlichen Anforderungen erfüllt sind, werden Erdsonden oder Erdkollektoren in einer Tiefe von bis zu 100 Metern eingelassen.

Bild unseres Autoren Minh Duc Nguyen

Fazit von Minh Duc Nguyen

In ihrer Wärmepumpe Funktion unterscheiden sich die drei gängigen Arten nicht allzu sehr voneinander. Stets wird die aus der Energiequelle entzogene Wärme in einem aufwendigen Prozess auf das gewünschte Temperaturniveau angehoben und verwendet. Die Voraussetzungen sowie die Energiequelle sind bei jeder Wärmepumpe aber völlig anders. Interessenten sollten sich daher noch vor dem Kauf ausführlich informieren.

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