Wärmepumpe Funktion: Einfach Erklärt! Wärme aus Luft, Erde, Wasser

Grundsätzlich funktionieren alle Wärmepumpen nach dem gleichen Prinzip des Wärmekreislaufs, bei dem Wärmeenergie von einer niedrigen Temperaturquelle aufgenommen und auf eine höhere Temperatur für den Heizbetrieb angehoben wird. Dieser Prozess umfasst die Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion des Kältemittels. Schon gewusst? Eine Wärmepumpe funktioniert auch im Winter. Zuerst ein Blick auf die Wärmepumpenarten in kurz, dann zur technischen Funktion vom Wärmeaustausch.

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Unterschiedliche Wärmequellen und Anwendung

Die grundlegende Funktionsweise ist bei den meisten Wärmepumpentypen ähnlich. Der Unterschied liegt jedoch in den spezifischen Merkmalen und Komponenten, die für die Nutzung unterschiedlicher Wärmequellen und Anwendungen erforderlich sind.

Luft-Wasser-Wärmepumpen

Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle und übertragen die gewonnene Wärmeenergie auf das Heizsystem im Gebäude. Dabei wird die Wärmeenergie aus der Außenluft entzogen und an einen Wasserkreislauf abgegeben.

Sole-Wasser-Wärmepumpen / Erd-Wärmepumpen

Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen das Erdreich oder das Grundwasser als Wärmequelle. Sie verwenden Erdsonden oder Erdkollektoren, um die Wärmeenergie aus dem Boden zu extrahieren und sie an das Heizsystem zu übertragen.

Bekannter sind Sole-Wasser-Wärmepumpen als:

• Erd-Wärmepumpe mit Erdsonde
• Erd-Wärmepumpe mit Flächenkollektor / Erdwärmekörben

Beispiel Erd- bzw. Sole-Wasser-Wärmepumpe

Hier sehen Sie eine Sole-Wasser-Wärmepumpe in Kombination mit Fußbodenheizung und Heißwasser.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Wasser-Wasser-Wärmepumpen entziehen die Wärmeenergie aus einem Wasserreservoir, wie zum Beispiel einem Brunnen oder einem Fluss. Das Wasser dient als Wärmequelle und -senke, und die Wärmepumpe nutzt diese Temperaturdifferenz, um Wärme für das Heizsystem zu erzeugen.

Die genaue Ausgestaltung der Wärmepumpenkomponenten kann je nach Typ variieren, um den spezifischen Anforderungen der Wärmequelle gerecht zu werden. Beispielsweise können spezielle Wärmetauscher und zusätzliche Vorrichtungen verwendet werden, um die Effizienz und Leistung der Wärmepumpe zu optimieren.

Die grundsätzliche Funktionsweise des Wärmekreislaufs bleibt jedoch bei den verschiedenen Wärmepumpentypen gleich, da sie alle auf dem Prinzip der Wärmeübertragung basieren.

Technische Funktionsweise der Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe arbeitet nach dem Prinzip des Wärmekreislaufs und nutzt dabei den physikalischen Effekt der Wärmeübertragung. Grundsätzlich besteht eine Wärmepumpe aus vier Hauptkomponenten: dem Verdampfer, dem Kompressor, dem Kondensator und dem Expansionsventil.

Alles beginnt mit dem Verdampfer

Der Prozess einer Wärmepumpe beginnt im Verdampfer, wo ein Kältemittel (z. B. ein gasförmiges Fluid wie R-410A oder R-134a) durch einen Wärmetauscher fließt. Das Kältemittel nimmt dabei die Umgebungswärme auf und verdampft dabei selbst bei niedrigen Temperaturen. Dieser Vorgang erfolgt durch den natürlichen Wärmeentzug von der Wärmequelle, wie beispielsweise der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser.

Kompressor beeinflusst Temperatur

Der verdampfte Kältemitteldampf wird dann durch den Kompressor angesaugt und verdichtet. Durch die Kompression steigt die Temperatur des Kältemittels erheblich an, da sich der Druck erhöht. Dadurch entsteht ein heißer und hochdruckfester Gasdampf.

Kondensator und Wärmetauscher

Der heiße Kältemitteldampf gelangt nun in den Kondensator, wo er durch einen weiteren Wärmetauscher geleitet wird. Dort gibt das Kältemittel die aufgenommene Wärme an das Heizsystem im Gebäude ab, zum Beispiel an die Fußbodenheizung oder Heizkörper. Durch die Abgabe der Wärme an das Heizsystem kühlt sich das Kältemittel ab und kondensiert dabei wieder zu einem flüssigen Zustand.

Expansionsventil schließt den Prozess ab

Das kondensierte Kältemittel fließt anschließend durch das Expansionsventil, das den Druck des Kältemittels verringert und es dadurch abkühlt. Das Kältemittel gelangt zurück zum Verdampfer, wo der Kreislauf von Neuem beginnt.

Knackpunkt im Wärmeaustausch

Jetzt zum Knackpunkt im Wärmeaustausch:

Der entscheidende Punkt ist, dass die Wärmepumpe die gewonnene Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau anheben kann, um das Gebäude zu heizen. Dies wird erreicht, indem der Kompressor die niedrige Temperatur des gewonnenen Wärmequellenmediums erhöht und so eine ausreichende Heiztemperatur für den Gebäudebetrieb erzeugt.