Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Ganz Deutschland soll auf neue, umweltfreundliche und effizientere Heizsysteme umsteigen. Zu den Gewinnern unter den nachhaltigsten Möglichkeiten, Ihr Zuhause zu heizen und Warmwasser zu gewinnen, zählt die Wärmepumpenheizung. Doch wie funktioniert eine solche Wärmepumpe? Finden Sie die Funktionsweise hier einfach und verständlich erklärt.

Inhalt:

Nach welchem Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe?
Aufbau und Komponenten einer Wärmepumpe
Schritt für Schritt: So gewinnt eine Wärmepumpe Wärme
Wärmepumpe im Winter: So geht’s auch bei niedrigen Temperaturen
Mit einer Wärmepumpe kühlen
Wärmepumpen-Bauweisen: Monoblock oder Split


Nach welchem Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe?

Jeder von uns hat mindestens eine Wärmepumpe zuhause: im Kühlschrank. Sie sorgt dafür, dass Ihre Lebensmittel gekühlt werden. Vereinfacht gesagt entzieht sie dem Inhalt die Wärme und transportiert sie über ein spezielles Kühlmittel nach draußen. Eine Wärmepumpe, mit der Sie heizen und Warmwasser bereiten können, funktioniert genau andersherum: Sie zieht von außen die Wärme aus der Luft, dem Grundwasser oder der Erde, wärmt sie in ihrem Kältekreis auf und befördert sie ins Hausinnere.


Aufbau und Komponenten einer Wärmepumpe

Die ersten Wärmepumpen gab es bereits im 19. Jahrhundert. Und im Endeffekt bestehen sie bis heute aus den gleichen Komponenten:

  • Verdampfer
  • Wärmetauscher
  • Entspannungs- / Expansionsventil
  • Verdichter / Kompressor
Funktionsweise Wärmepumpe Grafik

Damit die Wärmepumpe Ihr Haus heizen bzw. Warmwasser liefern kann, ist sie nur ein Teil eines größeren Systems:

  • Die Wärmequellenanlage entzieht der Wärmequelle (Luft / Wasser / Erde) die Energie.
  • Die Wärmepumpe macht diese Energie für die Heizanlage nutzbar.
  • Das Wärmeverteil- und Speichersystem verteilt die gewonnene Wärme in Ihrem Haus bzw. speichert sie auch (je nach System).

 

Schritt für Schritt: So gewinnt eine Wärmepumpe Wärme

Eine Wärmepumpenanlage kann die Wärme aus der Luft, aus dem Grundwasser oder der Erde als Quelle haben. Die Temperatur reicht aber natürlich nicht aus, um ein Haus zu heizen. Hier kommt die Wärmepumpe ins Spiel. Ihre Funktionsweise erklären wir Ihnen Schritt für Schritt:

  1. Die Wärme aus der Umwelt gelangt als erstes über einen Wärmetauscher in den Verdampfer mit dem Kältemittel. Das Kältemittel ist so beschaffen, dass es schon bei sehr niedrigen Temperaturen gasförmig wird und verdampft.
  2. Als nächstes gelangt das Kältemittel in Gasform in den mit Strom betriebenen Verdichter / Kompressor. Dort wird das Kältemittel verdichtet, die Temperatur erhöht sich. Der Stromverbrauch steigt, je größer der Temperaturunterschied zwischen Kältemittel und Wärmequelle ist.
  3. Ein weiterer Wärmetauscher leitet anschließend die Wärme in der gewünschten Temperatur in den Wärmespeicher Ihres Heizsystems – von hier aus wird die Wärme in die einzelnen Räume verteilt. Bei diesem Vorgang kühlt das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder.
  4. Im letzten Schritt wird im Expansions- bzw. Entspannungsventil dem Kältemittel der Druck entzogen – die Temperatur sinkt weiter, das Kältemittel wird wieder flüssig. Der Prozess beginnt von Neuem.

Erklärvideo: Funktionsweise einer Wärmepumpe

WÄRMEQUELLEN IM ÜBERBLICK

 

Wärmepumpe im Winter: So geht’s auch bei niedrigen Temperaturen

Nun klingt es erst einmal etwas gewagt: Die kalte Außentemperatur soll dafür sorgen, dass Sie es im Winter im Haus schön warm haben und auch warm duschen können. Das „Wundermittel“ in der Wärmepumpe ist das Kältemittel: Der Siedepunkt der Kältemittel liegt zwischen -57 °C und -12 °C – deshalb verdampft das Mittel bereits bei Temperaturen von -20 °C und wird in Wärme für Ihre Heizungsanlage umgewandelt.

Sollte es einmal über einen längeren Zeitraum so kalt werden, dass die Wärmepumpe nicht in der Lage ist, genügend Wärme zu produzieren, ist in jeder Anlage ein Elektroheizstab eingebaut, der in diesen sehr seltenen Fällen einspringt. Das passiert bei Sole/Wasser-Wärmepumpen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die ihre Energie aus der Erde bzw. dem Grundwasser beziehen noch seltener als bei Luft/Wasser-Wärmepumpen. Denn die Temperatur im Erdreich fällt bereits ab einer Tiefe von drei Metern nicht unter 10 °C.

 

Mit einer Wärmepumpe kühlen

Die Sommer werden immer heißer, viele träumen von einer Klimaanlage. Mit einer Wärmepumpe können Sie sich unter Umständen die Kosten für ein zusätzliches Gerät sparen.

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, mithilfe Ihrer Wärmepumpen-Anlage Ihr Zuhause im Sommer zu kühlen: Natural Cooling und Active Cooling.

„Natürlich kühlen“ können Sie mit einer Sole/Wasser- oder Wasser/Wasser-Wärmepumpe. Die Funktionsweise der Wärmepumpe ist dann recht einfach: Die Wärmepumpe ist ausgeschaltet, nur die Umwälzpumpe läuft. Die Wärme der Umgebung wird über das Grundwasser oder die Soleflüssigkeit entzogen und nach außen abgeführt. Die Temperatur in Ihren Räumen kann auf diese Weise um ca. 3 °C gesenkt werden.

Beim Active Cooling ist es notwendig, dass sich die Wärmepumpe in ihrer Funktion umstellen lässt, so dass der thermodynamische Prozess anders herum abläuft – wie eben im oben genannten Kühlschrank. Die Wärme wird über die Heizelemente in Ihren Räumen aktiv entzogen und nach außen geleitet – die Kühlleistung ist deutlich höher als beim Natural Cooling. Eine Wärmepumpe als aktive Klimaanlage funktioniert allerdings nur, wenn Sie eine Flächenheizung, also Fußbodenheizung, Decken- oder Wandheizung haben (diese sind bei einer Wärmepumpe übrigens auch beim Heizen den „normalen“ Heizkörpern gegenüber zu bevorzugen). Für Active Cooling eignen sich Sole/Wasser- und Luft/Wasser-Wärmepumpen. Die entzogene Wärme können Sie zur Erwärmung von Trinkwasser nutzen – so wird Ihre Wärmepumpe noch effizienter und nachhaltiger.

 

Wärmepumpen-Bauweisen: Monoblock oder Split

Luft-Wasser-Wärmepumpen sind in zwei verschiedenen Konstruktionsweisen erhältlich: als Monoblock- und als Split-Anlagen.

In einer Monoblock-Anlage sind alle technischen Komponenten, die Ihre Wärmepumpe benötigt, in einem Gerät vereint. Dadurch ist die Installation einfacher und auch günstiger.

In einer Split-Wärmepumpe sind die Komponenten in zwei verschiedenen Geräten untergebracht. Der Nachteil hier: Die Kältemittelleitungen müssen, abhängig von der Entfernung zwischen der Innen- und der Außeneinheit, regelmäßig durch einen Techniker gewartet und geprüft werden.