Wärmepumpe

Nach welchem Grundprinzip arbeitet die Wärmepumpe?

Grundsätzlich wandelt sie mithilfe von technischer Arbeit die thermische Energie aus der Umgebung mit niedrigerer Temperatur in eine höhere Temperatur um. Es entsteht Nutzwärme für die Heizung. Damit findet in der Wärmepumpe und den angeschlossenen Systemen ein Kraft-Wärme-Prozess statt.

Wie wird der Kraft-Wärme-Prozess der Wärmepumpe technisch realisiert?

In der Wärmepumpe befindet sich ein Medium, das bei niedrigem Druck durch die aufgenommene Umgebungswärme verdampft und dabei Wärme abgibt. Anschließend wird es verdichtet und kondensiert dabei wieder. Die Wärmepumpe benötigt damit grundsätzlich diese technischen Bestandteile:

• Verdampfer
• Kompressor
• Kondensator (Wärmetauscher)
• Drossel
• Motor

Dass bei der Arbeit der Wärmepumpe aus einer niedrigeren Umgebungstemperatur eine höhere Heizungstemperatur werden kann, basiert auf dem physikalischen Effekt, dass ein Medium beim Übergang in den gasförmigen Zustand Wärmeenergie abgibt.

Arten von Wärmepumpen

Die Arten der Wärmepumpen lassen sich abgesehen von verschiedenen technischen Auslegungen nach der Umgebung unterscheiden, aus der sie die Wärme gewinnen. Gängige Varianten sind:

• Sole-Wasser-Wärmepumpen
• Luft-Wasser-Wärmepumpen
• Wasser-Wasser-Wärmepumpen
• Großwärmepumpen
• Abluftwärmepumpen
• Eisspeichersysteme als Sondervariante

Luft-Wasser-Wärmepumpe entziehen die Wärme der Raum- oder Außenluft, Sole-Wasser-Wärmepumpen dem Boden mit Erdsonden oder oberflächennahen Erdkollektoren, Wasser-Wasser-Wärmepumpen dem Grundwasser, Abluft-Wärmepumpen der heißen Luft eines Aggregats, Eisspeicher-Wärmepumpen einer im Boden vergrabenen Zisterne, durch deren Wasser Leitungen mit einem Frostschutzmittel führen, und Großwärmepumpen die Wärme aus verschiedensten Quellen.

Wie effizient ist eine Wärmepumpe?

Die Effizienz einer Wärmepumpe bemisst sich an der Relation zwischen benötigtem Strom und erzeugter Wärmeenergie. Sie fällt je nach Art der Wärmepumpe, also verwendeter Wärmequelle (siehe vorheriger Abschnitt), recht unterschiedlich aus.

Grundsätzlich ist eine Wärmepumpe effizienter, wenn sie von einer relativ warmen Quelle die Umweltenergie beziehen kann. Das wäre beispielsweise bei Abluftwärmepumpen der Fall. Doch auch Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind immer noch effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen, weil Grundwasser ein konstantes Wärmeniveau um 10 °C hält, während die Umgebungsluft gerade im Winter, wenn die Heizenergie benötigt wird, auch unter 0 °C sinken kann.

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert dennoch, aber sie benötigt mehr elektrische Energie. Auch bauartliche Besonderheiten der einzelnen Wärmepumpen und ihre Auslegung in einer gewissen Größenordnung spielen für die Effizienz eine Rolle.

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird als COP (Coefficient of Performance) und/oder JAZ (Jahresarbeitszahl) angegeben. Der COP nennt die Relation zwischen Stromaufwand und Wärmegewinn, wobei Werte ab ~3,5 als brauchbar gelten. Die meisten Wärmepumpen erreichen Werte von 4,5 bis 5,0. Die JAZ nennt den durchschnittlichen Wert dieser Relation für ein Jahr.