Wie funktioniert eine Wärmepumpe ?

Stellen Sie sich Ihren Kühlschrank vor:

der Kühlraum, in dem Sie Ihre Wurst aufbewahren, ist bei der Wärmepumpe das Erdreich oder die Aussenluft
und der Wärmetauscher hinten am Kühlschrank ist bei Ihrer Heizung der Heizkörper
natürlich steckt in Wirklichkeit eine Menge Technik mehr dahinter, aber das Prinzip ist haargenau dasselbe.
 
Mit Wärmepumpen ist es wie mit einer guten Geldanlage. Sie investieren einen kleineren Betrag um einen viel höheren Betrag wiederzubekommen.
Bei der Wärmepumpe setzen Sie eine kleine Menge elektrische oder chemische Energie ein, um ein Vielfaches an thermischer Energie zu erhalten.
Gute Anlagen arbeiten mit einer Leistungszahl von 4 oder höher. Das bedeutet, dass von der eingesetzten Energie das 4-fache an Wärme gewonnen wird.

Oder andersrum: Sie bezahlen für Ihre Heizenergie nur ein Viertel der vergleichbaren Stromkosten.

Die Leistungszahl ist nicht konstant, sondern abhängig von der zu nutzenden Temperatur des Energiespenders und der zu erreichenden Temperatur des Heizmediums (meist Wasser oder Luft). Das heisst: Je niedriger die Temperatur des Heizmediums und je höher die Temperatur des Energiespenders, desto effektiver arbeitet die Anlage.

Und so funktioniert die ganze Sache: 

Im Verdampfer wird das flüssige Kältemittel durch die Energie der Umwelt gasförmig.
Nun wird es vom Verdichter angesaugt, der diesen Dampf komprimiert. Dabei erhöht sich seine Temperatur.
Diese hohe Temperatur wird im Verflüssiger als Nutzenergie abgegeben. Dabei wird das Kältemittel wieder flüssig.
Durch das Expansionsventil wird wird der hohe Druck so verringert, dass die Temperatur stark sinkt.
Nun gelangt das flüssige Kältemittel in den Verdampfer und der Vorgang beginnt von neuem.
 

Im Gegensatz zu Wasser verdampfen die sogenannten Kältemittel unter Luftdruck schon bei sehr geringen Temperaturen.
Frigen R12 z.B. verdampft bereits bei minus 30°C.
Bei etwa 4 bar Druck findet der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand im Temperaturbereich von ca. 10°C statt.
Durch Anpassen des Druckes kann man theoretisch fast jeden noch so geringen Energiegehalt nutzen, auch wenn die Temperatur des Energiespenders weit unter 0°C liegt. Dies wird aber aufgrund des hohen Energieeinsatzes sehr selten praktiziert.
 
 
Optimale Einsatzgebiete sind beispielsweise:
    - Nutzung von Abwärme in Kühlhäusern, Ställen, Heizräumen u.s.w
    - Nutzung von Wärme in ober- und unterirdischen Gewässern
    - Nutzung von Erdwärme mittels Erdkollektoren
    - Nutzung des Wärmegehaltes der Luft (wirtschaftlich bis ca. -5°C)
    - Nutzung bei industriellen Abgasanlagen

Als Alternative zum Erdkollektor (links) finden teilweise auch Sole-Wasser-Anlagen mit Erd(wärme)sonde Anwendung.
Ihr großer Vorteil ist der geringe Platzbedarf und die gleichbleibende Temperatur in der tiefen Erdschicht. Nachteilig zu bewerten sind die aufwendigen Bohrarbeiten.


In der Sonde befinden sich Vor-und Rücklaufleitungen, die als eine Art Wärmetauscher zum Erdreich fungieren. Je nach geforderter Leistung und Bodenbeschaffenheit werden mehrere Sonden parallel betrieben.


Ihren Namen erhalten die Anlagen übrigens nach den Medien, die die Wärme zum Gerät bringen und welche die Wärme zum gewünschten Einsatzzweck befördert.
So nannte man eine Anlage, die Erdwärme mittels einem Salz-Wasser-Gemisch zum Heizen einer Warmwasserheizung benutzt, demzufolge auch Sole-Wasser-Wärmepumpe.
Heute benutzt man allerdings kein aggressives Salz mehr sondern ein modernes Frostschutzmittel, meist auf Glykolbasis.

Es kommen bereits Systeme auf den Markt, bei denen die elektrische Antriebsenergie durch Einsatz von Erd- oder Flüssiggas ersetzt wird. Damit arbeiten dise Systeme noch sparsamer und umweltfreundlicher.

In Kombination mit Heizanlagen mit niedrigen Systemtemperaturen,
wie z.B. Fussboden- oder Wandflächenheizung verhält sich Aufwand / Nutzen und damit die Leistungskennzahl besonders günstig, da der zugeführte Energieanteil relativ gering gehalten wird.