Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das thermische Energie aus einer Umgebung (wie Luft, Wasser oder Erde) aufnimmt und auf ein höheres Temperaturniveau bringt, um damit ein Gebäude zu heizen oder Warmwasser bereitzustellen. Das Prinzip basiert auf dem physikalischen Phänomen, dass ein Kältemittel bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur verdampft und bei höherem Druck und höherer Temperatur kondensiert. Hier ist eine vereinfachte Erklärung der Funktionsweise:

1. Wärmeaufnahme aus der Umgebung

• Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung (z. B. der Außenluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich) Wärmeenergie. Dies geschieht in einem Verdampfer, in dem ein Kältemittel zirkuliert.
• Das Kältemittel hat eine sehr niedrige Siedetemperatur und verdampft bereits bei geringen Temperaturen, indem es die Umgebungswärme aufnimmt.

2. Komprimierung des Kältemittels

• Der dampfförmige Kältemitteldampf wird von einem Kompressor angesaugt und verdichtet. Durch die Kompression steigt der Druck und damit auch die Temperatur des Kältemittels deutlich an.

3. Wärmeabgabe an das Heizsystem

• Das heiße, unter hohem Druck stehende Kältemittel gelangt in einen Kondensator, wo es seine Wärme an das Heizsystem (z. B. an das Heizungswasser) abgibt. Dabei kondensiert das Kältemittel und wird wieder flüssig.

4. Entspannung des Kältemittels

• Das flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil geleitet, wo der Druck stark abfällt. Dadurch kühlt das Kältemittel weiter ab und kehrt in den Verdampfer zurück, um den Kreislauf erneut zu beginnen.

Zusammenfassung des Kreislaufs:

1. Verdampfen: Wärmeaufnahme aus der Umgebung.
2. Komprimieren: Temperaturerhöhung durch Verdichtung.
3. Kondensieren: Wärmeabgabe an das Heizsystem.
4. Entspannen: Druck- und Temperaturabsenkung.

Effizienz und Umweltfreundlichkeit

• Wärmepumpen sind sehr effizient, da sie mehr Energie (Wärme) liefern, als sie an elektrischer Energie für den Betrieb des Kompressors verbrauchen. Das Verhältnis von abgegebener Wärme zu aufgenommener elektrischer Energie wird als Leistungszahl (COP) bezeichnet.
• Sie sind umweltfreundlich, da sie erneuerbare Energiequellen nutzen und im Vergleich zu fossilen Brennstoffen weniger CO₂-Emissionen verursachen.

Anwendungsbereiche

• Wärmepumpen werden in Wohnhäusern, Gewerbebetrieben und Industrieanlagen eingesetzt, um Raumwärme und Warmwasser bereitzustellen. Sie können auch zur Kühlung verwendet werden, indem der Kreislauf umgekehrt wird.

Insgesamt ist die Wärmepumpe eine nachhaltige und effiziente Technologie zur Nutzung von Umweltwärme.