Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Technik einfach erklärt...

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Wärmepumpen beziehen ihre Energie aus der Umwelt. So die Theorie. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe genau? Wir erklären die technischen und physikalischen Zusammenhänge kurz und bündig.
Wärmepumpen beziehen ihre Energie aus der Umwelt. So die Theorie. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe genau? Wir erklären die technischen und physikalischen Zusammenhänge kurz und bündig.

Es klingt ein bisschen nach Zauberei: Mit 1 kWh Strom können Wärmepumpen 4 kWh und mehr an Wärme erzeugen. Das macht sie zu effizienten Heizsystemen auf Basis erneuerbarer Energien.

Moderne Wärmepumpen sind so für viele Bauherren die erste Wahl. Insbesondere, da viele Modelle nicht nur im Winter die Wohnung mollig warm heizen, sondern im Sommer auch für eine angenehm kühle Prise sorgen können.

Auch in Bestandsgebäuden lassen sich Wärmepumpen nachrüsten, beispielsweise als Ersatz für in die Jahre gekommene Öl- und Gas-Heizungen.

Heizen nach dem Prinzip eines Kühlschranks

Bei all diesen Vorteilen stellt sich die Frage, wie eine Wärmepumpe genau arbeitet…

Grundsätzlich funktionieren Wärmepumpen wie umgekehrte Kühlschränke. Während dieser die Wärme aus dem Innenraum nach außerhalb befördert, entzieht die Wärmepumpe der Umwelt Energie und transportiert die so gewonnene Wärme ins Gebäude.

Wärmepumpen nutzen meist eine dieser drei Energiequellen:

  • Außenluft
  • Erdwärme
  • Grundwasser

Nach dem aktuellen Stand der Technik können auf dem Markt befindliche Wärmepumpen auch kalter Außenluft von bis zu -25 °C noch ausreichend Energie für Heizzwecke entziehen. Und das funktioniert fast überall auf der Erde.

Funktionsschema einer Wärmepumpe

Prinzip einer Wärmepumpe: Ein Kältemittel nimmt durch Verdampfung Energie auf und wird danach weiter verdichtet. Im Verflüssiger gibt es seine Energie wieder ab und wird über eine Drossel dem Kreislauf zurückgeführt.
Prinzip einer Wärmepumpe: Ein Kältemittel nimmt durch Verdampfung Energie auf und wird danach weiter verdichtet. Im Verflüssiger gibt es seine Energie wieder ab und wird über eine Drossel dem Kreislauf zurückgeführt.

Schritt 1: Wärmegewinnung

Die von außerhalb zugeführte Wärme (beispielsweise aus Luft oder Erde) wird über einen Wärmetauscher an ein Kältemittel – dem sogenannten „Verdampfer“ – übertragen. Aufgrund des niedrigen Siedepunkts des Kältemittels verdampft dieses und nimmt dabei Energie auf.

Schritt 2: Erhöhung der Temperatur

Ein Kompressor („Verdichter“) komprimiert das gasförmige Kältemittel, wodurch es heißer wird, da bei einem höheren Druck mehr Energie aufgenommen werden kann. Man spricht auch von einer Erhöhung des Temperaturniveaus des Kältemittels.

Schritt 3: Wärmeübertragung

In einem Wärmetauscher – dem sogenannten „Verflüssiger“ – kondensiert das heiße Kältemittelgas, es gibt seine Wärme wieder ab. Diese Wärme kann nun, je nach Wärmepumpe, entweder direkt an die Innenraumluft abgegeben oder zwischengespeichert werden (z.B. in einem Brauchwasserspeicher, der dann Heizkörper mit Wärme versorgt).

Auf seinem Weg zurück zum Verdampfer fließt das flüssige Kältemittel durch ein Entspannungsventil („Drossel“), um dessen Druck zu verringern. Jetzt beginnt der Kreislauf aus „Verdampfen – Komprimieren – Verflüssigen“ von Neuem.


Stand der Informationen: November 2022
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