Was ist eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen sind umweltschonende, sparsame, ausgereifte und intelligente Systeme zum Heizen und Erzeugen von Warmwasser. Sie gewinnen aus der im Boden (Erdreich, Wasser) bzw. der Luft gespeicherten Sonnenenergie effizient Wärme. Aus ca. 75 % kostenloser (!) Sonnenenergie und nur rund 25 % Antriebsenergie (Strom) erzeugen Wärmepumpen 100 % Heizenergie.

Wärmepumpen erfordern weder Wartung noch das Nachfüllen von Brennstoff. Sie nutzen saubere und heimische Ressourcen, die sich ständig erneuern. Sie mindern Gefahren, die beim Transport anderer Energieformen auftreten (Ölunfälle). Sie machen unabhängig von ständig wachsenden Preisen für fossile Energieträger (Öl, Gas). Wärmepumpen reduzieren die Heizkosten um bis zu 50 %. Sie sind einfach in der Bedienung und benötigen nur wenig Platz. Die Anschaffung einer Wärmepumpe wird vom Staat gefördert. Wärmepumpen sind eine sinnvolle Investition in die Zukunft.

Wirkungsprinzip - Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Im Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt. Sie entzieht der Wärmequelle (Erdboden, Wasser bzw. Luft) Wärme, die dann zu Heizzwecken nutzbar ist.

Das Wärmepumpen-System besteht aus drei geregelten Kreisläufen:

• Wärmequelle/Kollektorkreislauf (z. B. Erdsonde),

• Kältekreislauf = eigentliche Wärmepumpe, das Herzstück der Anlage. Er besteht aus Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil (siehe Grafik). In diesem Kreislauf aus Verdichten und Entspannen zirkuliert ein Sicherheitskältemittel mit niedrigem Siedepunkt.

• Wärmeverteilsystem/Heizkreislauf (z. B. Fußbodenheizung).

Der Kreislauf:

• Im Kollektorkreis zirkuliert eine Kälteträgerflüssigkeit, die die Energie aus der Wärmequelle (Boden, Wasser, Luft) "trägt".

• Diese Energie wird im Verdampfer (=Wärmetauscher) an den eigentlichen Kältekreislauf übertragen. Die Temperatur des darin zirkulierenden Sicherheitskältemittels erhöht sich - es verdampft und strömt zum Kompressor.

• Im Kompressor wird das gasförmige Sicherheitskältemittel auf einen hohen Druck verdichtet. Es erhitzt sich dabei weiter.

• Das Sicherheitskältemittel strömt zu einem weiteren Wärmetaucher, dem Kondensator. Hier wird die Wärmeenergie vom Wärmepumpenkreislauf an den Heizkreislauf abgegeben. Dadurch erkaltet das Sicherheitskältemittel des Wärmepumpenkreislaufes - es kondensiert, wird also wieder flüssig.

• Das flüssige Kältemittel fließt zum Expansionsventil, wird dort auf den Ursprungsdruck entspannt und fließt zum Verdampfer zurück.

Effektivität von Wärmepumpen

Die Effektivität einer Wärmepumpe wird mit der Leistungszahl (COP) ausgedrückt. Sie ist das Verhältnis aus abgegebener Wärmeleistung zu elektrischer Leistungsaufnahme. Eine Leistungszahl von 4 bedeutet, dass das 4-fache der eingesetzten elektrischen Leistung als nutzbare Wärmeleistung zur Verfügung steht.

Am effektivsten lässt sich die Güte einer Wärmepumpe mit Hilfe des Jahreswirkungsgrades, der Jahresarbeitszahl, beschreiben. Hier wird der gesamte Jahresverlauf berücksichtigt, also Sommer- wie Wintermonate. Die Jahresarbeitszahl ist das Verhältnis aus Heizarbeit und zugeführter Antriebsenergie.

Betriebsweisen von Wärmepumpen

Übliche Betriebsweisen von Wärmepumpen sind:

• Monovalent; Hier ist die Wärmepumpe das Heizsystem. Diese Betriebsweise findet man vor allem bei Erdwärmepumpen.

• Monoenergetisch; Die Wärmepumpe ist mit einem elektrischen Heizstab ausgestattet, der eine Zuheizung an extrem kalten Tagen erlaubt (bevorzugt bei Luftwärmepumpen).

• Bivalent; Neben der Wärmepumpe existiert ein zweiter Wärmeerzeuger, z. B. eine Ölheizung. An den sehr kalten Tagen heizen beide Systeme gemeinsam. Diese Betriebsweise verwendet man z. B. bei der Altbausanierung.

Die Betriebsweise einer Wärmepumpe hat entscheidenden Einfluss auf deren Wirtschaftlichkeit.

Arten von Wärmepumpen - Wärmequellen

Je nach der genutzten Wärmequelle unterscheidet man die zwei Grundarten von Wärmepumpen: Luftwärmepumpen und Erdwärmepumpen.

Luftwärmepumpen beziehen die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft, Erdwärmepumpen aus dem Erdboden (Erdreich, Grundwasser).

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