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Prinzip Wärmepumpe – Welche Aufgabe haben Wärmepumpen?
Umweltenergie in der Erde, der Luft oder dem Wasser ist zwar ganzjährig vorhanden, kann aber ohne weiteres nicht für die Heizung verwendet werden. Grund dafür ist das geringe Temperaturniveau. Der Boden speichert zum Beispiel ganzjährig Wärme, die über die Sonnenstrahlung auf die Erde gelangt. Seine Temperatur beträgt dabei etwa 5 °C bis 10 °C, je nachdem in welcher Tiefe die Temperatur gemessen wird.
Für ein behagliches Wohnklima zu Hause, benötigen wir aber mindestens eine Temperatur von 20 °C. Da die Wärme immer nur vom höheren zum niederen Temperaturniveau übertragen wird, kann die in der Erde gespeicherte Umweltenergie ohne technische Unterstützung nicht zur Beheizung genutzt werden.
Abhilfe dabei schafft eine Wärmepumpe, die das Temperaturniveau der Umweltenergie technisch anhebt, sodass die Wärme aus Luft, Erde oder Wasser für die Beheizung genutzt werden kann. Was viele nicht wissen, im Somer kann eine Wärmepumpe kühlen.
Die Funktion einer Wärmepumpe
Wärmepumpen haben die Aufgabe, Energie aus der Umwelt für die Beheizung von Gebäuden nutzbar zu machen. Um das zu erreichen bestehen sie aus vier wesentlichen Komponenten:
- Verdampfer (Wärmeübertrager 1)
- Verdichter
- Verflüssiger (Wärmeübertrager 2)
- Entspannungsventil
Alle diese Bauteile sind über ein geschlossenes Rohrleitungsnetz miteinander verbunden, das kontinuierlich von einer Flüssigkeit durchflossen wird. Diese Flüssigkeit, ein Kältemittel, hat spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, sodass es zum Beispiel bereits bei sehr geringen Temperaturen verdampft. Zum Vergleich: Wenn Wasser auf dem Herd bei einer Temperatur von etwa 100 °C verdampft, geht das Kältemittel bereits bei 10°C in die dampfförmige Phase über.
Die Umweltenergie wird also über den ersten Wärmeübertrager von der Wärmepumpe aufgenommen und auf das Kältemittel übertragen, das sofort verdampft. In der dampfförmigen Phase strömt das Kältemittel über die Rohrleitungen weiter zum Verdichter. Dieser erhöht den Druck des Mediums durch mechanische Arbeit und es erfolgt der Anstieg der Temperatur. Stellen sie sich einen Bus vor. Je mehr Menschen sich hineinzwängen desto enger wird es. Der Druck steigt und durch die Reibung wird es schnell unangenehm warm. Das Beispiel ist zwar technisch nicht einwandfrei, verdeutlicht aber was im Verdichter vorgeht.
Nach dem das durch die Wärmepumpe zirkulierende Kältemittel den Verdichter mit hohem Druck und hoher Temperatur wieder verlässt, strömt es weiter zum zweiten Wärmeübertrager, dem Verflüssiger. Da die Temperatur des Kältemittels jetzt höher als die im Haus ist, kann die Wärme an dieser Stelle auf das Heizungssystem übertragen werden.
Durch die Wärmeabgabe reduzieren sich Druck und Temperatur und das Kältemittel wird wieder flüssig. Das Entspannungsventil sorgt für eine vollständige Regenerierung der Flüssigkeit, sodass der Prozess direkt im Anschluss erneut ablaufen kann.
Da die Verdichtung in der Regel mit Hilfe elektrischer Energie abläuft, steigt die Effizienz der Wärmepumpe, je niedriger die Temperatur des Kältemittels angehoben werden muss. Das heißt, besonders günstig ist eine Wärmepumpe immer in Verbindung mit einer Niedertemperaturheizung, wie einer Fußboden- oder Wandheizung, die nur geringe Systemtemperaturen benötigen. Bei der Kombination mit einem Heizkörpersystem sinkt die Effizienz und die Kosten steigen im Vergleich merkbar an - eine sinnvolle Alternative stellen hier sogenannte Wärmepumpenheizkörper dar.
Erfahren Sie noch mehr über der Funktion der Wärmepumpe.
Arten von Wärmepumpen
Egal in welcher Form die Umweltenergie auf der Erde gespeichert ist, der beschriebene Prozess der Wärmepumpe bleibt immer gleich. Einziger Unterschied ist der Anschluss der Wärmepumpe an die Energiequelle. Während der erste Wärmeübertrager, der Verdampfer, bei einer Luftwärmepumpe direkt Luft aus der Umgebung ansaugt, kann er bei einer Erdwärmepumpe aus langen Sonden bestehen, die in tiefe Erdbohrungen eingebracht werden. Alternativen sind Brunnen, Flachkollektoren oder Erdwärmekörbe.
In Abhängigkeit der Wärmequelle kann man folgende Wärmepumpen-Arten unterscheiden:
- Luft-Wärmepumpe
- Erd-Wärmepumpe
- Wasser-Wärmepumpe
- Eisspeicher-Heizung
- Wärmepumpe zur Abwasserwärmerückgewinnung
Zur Unterstützung des Heizungssystems wird die technisch nutzbar gemachte Umweltenergie der genannten Typen dabei immer auf Heizungswasser übertragen. Alternativ dazu gibt es auch Wärmepumpen, die die aufgenommene Energie auf Luft übertragen, die dann in das Gebäude eingeblasen wird.
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