Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärme von einer niedrigeren Temperaturquelle (z. B. der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser) aufnimmt und sie auf ein höheres Temperaturniveau bringt, um damit ein Gebäude zu heizen oder Wasser zu erwärmen. Der Prozess ähnelt dem Prinzip eines Kühlschranks – nur umgekehrt. Hier ist eine ausführliche Erklärung:

1. Die Energiequelle

Die Wärmepumpe nutzt Wärme aus der Umwelt:

• Luft: Eine Luft-Wärmepumpe entzieht Wärme aus der Außenluft, selbst bei kalten Temperaturen.
• Erdreich: Eine Erdwärmepumpe nutzt die konstante Wärme des Bodens.
• Wasser: Eine Wasser-Wärmepumpe zapft das Grundwasser an, das in vielen Fällen ebenfalls ganzjährig eine stabile Temperatur hat.

Auch bei kaltem Wetter ist in diesen Quellen genügend Wärmeenergie vorhanden, die genutzt werden kann.

2. Der Kreislauf: Vier Hauptkomponenten

Die Wärmepumpe arbeitet mit einem geschlossenen Kreislauf, der ein Kältemittel enthält. Dieses Kältemittel kann sehr leicht verdampfen und wieder kondensieren, was für den Prozess entscheidend ist. Der Kreislauf hat vier Hauptbestandteile:

1. Verdampfer

• Die Umweltwärme wird auf das Kältemittel übertragen.
• Das Kältemittel erwärmt sich und verdampft bei einer niedrigen Temperatur.

2. Kompressor

• Der gasförmige Kältemitteldampf wird verdichtet.
• Dabei steigt der Druck, und das Kältemittel wird sehr heiß.
• Diese Phase erfordert Energie (meist in Form von Strom), ist aber effizient, da die meiste Energie aus der Umwelt kommt.

3. Verflüssiger (Kondensator)

• Das heiße Kältemittel gibt die aufgenommene Wärme an das Heizungssystem (z. B. Heizkörper oder Fußbodenheizung) ab.
• Dabei kühlt es ab und kondensiert wieder zu einer Flüssigkeit.

4. Expansionsventil

• Die Flüssigkeit wird entspannt, wodurch der Druck sinkt.
• Dadurch wird das Kältemittel wieder kalt und kann erneut Wärme aus der Umwelt aufnehmen.

3. Der Heizprozess

Nachdem die Wärme aus der Umwelt in den Heizkreislauf eingespeist wurde, wird sie im Haus für die Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung genutzt. Fußbodenheizungen sind besonders effizient, da sie mit niedrigeren Temperaturen arbeiten und die Wärmepumpe weniger Energie benötigt.

4. Effizienz: Warum ist eine Wärmepumpe so sparsam?

• Eine Wärmepumpe kann mehr Energie erzeugen, als sie verbraucht.
  Beispiel: Für 1 kWh Strom kann eine Wärmepumpe 3–5 kWh Wärme bereitstellen.
• Das macht sie besonders umweltfreundlich und kosteneffizient.

5. Arten von Wärmepumpen

• Luft-Wasser-Wärmepumpe: Entzieht Wärme aus der Außenluft und gibt sie an das Heizwasser ab.
• Sole-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Wärme aus dem Erdreich, oft durch Erdkollektoren oder Erdsonden.
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Wärme des Grundwassers.