Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen sind eine effiziente und umweltfreundliche Methode zur Beheizung von Gebäuden. Sie nutzen Umweltenergie aus Luft, Wasser oder Erde und wandeln sie in nutzbare Wärme um.
Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe genau?
In diesem Artikel erkläre ich wie die Wärmepumpe funktioniert und auch den Prozess Schritt für Schritt.
Funktionsweise der Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe funktioniert nach dem gleichen Grundprinzip wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt. Während ein Kühlschrank Wärme aus dem Innenraum nach außen abgibt, entzieht die Wärmepumpe der Umwelt Wärme und gibt diese ins Hausinnere ab. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab und wird im nächsten Abschnitt ausführlich geschildert.
Schritt für Schritt Prozess
- Wärmeaufnahme aus der Umgebung: Die Wärmepumpe nutzt eine natürliche Wärmequelle, sei es die Umgebungsluft, das Erdreich oder Grundwasser. Diese Wärme wird mit Hilfe eines Kältemittels aufgenommen. Das Kältemittel zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf und besitzt spezielle thermodynamische Eigenschaften, die es ermöglichen, Wärme bereits bei niedrigen Temperaturen aufzunehmen.
- Verdampfung des Kältemittels: Sobald das Kältemittel mit der Umweltwärme in Kontakt kommt, beginnt es aufgrund seines niedrigen Siedepunkts zu verdampfen. Dieser Prozess findet im Verdampfer statt, einem Wärmetauscher, in dem die aufgenommene Energie das Kältemittel in einen gasförmigen Zustand versetzt. Ähnlich wie Wasser verdunstet, wenn es Wärme aufnimmt, verdampft das Kältemittel, indem es Umweltenergie speichert.
- Komprimierung zur Temperatursteigerung: Das nun gasförmige Kältemittel wird in den Verdichter gesaugt, wo es stark komprimiert wird. Durch die Kompression steigt der Druck des Gases, was eine erhebliche Temperaturerhöhung zur Folge hat. Dies geschieht durch einen elektrisch betriebenen Kompressor, der das Volumen des Gases verringert und somit dessen thermische Energie konzentriert. Dieser Schritt ist entscheidend, da die durch die Umwelt aufgenommene Wärme nun auf ein Temperaturniveau angehoben wird, das für die Heizung nutzbar ist.
- Wärmeabgabe an das Heizsystem: Im Verflüssiger gibt das unter hohem Druck stehende, heiße Kältemittel seine gespeicherte Wärme an das Heizsystem des Gebäudes ab. Dies geschieht durch einen Wärmetauscher, der beispielsweise Wasser für die Fußbodenheizung oder Heizkörper erwärmt. Während dieser Wärmeübertragung kühlt das Kältemittel ab und geht vom gasförmigen wieder in den flüssigen Zustand über, wodurch es kondensiert. Dies ist vergleichbar mit Wasserdampf, der an einer kalten Oberfläche zu Wassertröpfchen wird.
- Drucksenkung im Expansionsventil: Das nun wieder flüssige Kältemittel fließt weiter zum Expansionsventil. Dieses Bauteil reguliert den Druck, indem es das Kältemittel in einen Bereich mit niedrigerem Druck führt. Durch die Expansion sinkt die Temperatur des Kältemittels erheblich, wodurch es bereit ist, erneut Umweltwärme im Verdampfer aufzunehmen. Dies entspricht dem Effekt, den man beim Sprühen aus einer Druckflasche beobachtet: Die Flüssigkeit kühlt sich ab, sobald sie unter niedrigerem Druck austritt. Nach der Expansion fließt das Kältemittel wieder in den Verdampfer, und der gesamte Kreislauf beginnt von vorn.
Fazit
Eine Wärmepumpe ist eine moderne, umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Heizsystemen. Sie nutzt erneuerbare Energien aus der Umwelt und sorgt für eine effiziente Beheizung von Gebäuden. Wer langfristig Heizkosten sparen und seinen CO2-Fußabdruck reduzieren möchte, sollte eine Wärmepumpe in Betracht ziehen.