Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Einfach und verständlich erklärt

Funktionsprinzip einer Wärmepumpe

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe lässt sich am besten mit der eines Kühlschranks vergleichen, nur umgekehrt: Während der Kühlschrank dem Innenraum Wärme entzieht und nach außen abgibt, nimmt die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung auf und gibt sie in Form von Heizenergie ins Gebäude ab.

Technischer Aufbau der Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe besteht aus vier zentralen Komponenten:

1. Verdampfer

Im Verdampfer nimmt ein flüssiges Kältemittel die Umweltwärme aus Luft, Erde oder Grundwasser auf. Diese Wärmeenergie sorgt dafür, dass das Kältemittel verdampft und gasförmig wird.

2. Verdichter (Kompressor)

Der Verdichter komprimiert das gasförmige Kältemittel und erhöht dadurch dessen Druck und Temperatur. Dieser Schritt ist entscheidend, um die Wärmeenergie effektiv auf das Heizsystem übertragen zu können.

3. Verflüssiger (Kondensator)

Im Verflüssiger gibt das heiße, komprimierte Kältemittel seine Wärmeenergie an das Heizwasser ab. Dabei kühlt sich das Kältemittel wieder ab und kondensiert zu einer Flüssigkeit.

4. Expansionsventil

Das Expansionsventil reduziert den Druck des Kältemittels, wodurch dessen Temperatur weiter sinkt und es erneut Wärme aus der Umwelt aufnehmen kann. Danach beginnt der Prozess von Neuem.

Verschiedene Wärmequellen für Wärmepumpen

Wärmepumpen unterscheiden sich durch die verwendete Wärmequelle. Die häufigsten Varianten sind:

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Diese Wärmepumpenart nutzt die Außenluft als Energiequelle. Sie ist besonders einfach zu installieren und wird in Deutschland am häufigsten genutzt. Allerdings schwankt die Effizienz abhängig von der Außentemperatur.

Erdwärmepumpe (Sole-Wasser-Wärmepumpe)

Hierbei entzieht die Wärmepumpe dem Erdreich Wärme. Sie nutzt dabei entweder Erdsonden oder Erdkollektoren. Da die Bodentemperaturen das ganze Jahr relativ konstant sind, arbeitet diese Wärmepumpe besonders effizient.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Grundwasser dient bei dieser Variante als Wärmequelle. Sie gilt als die effizienteste Wärmepumpe, da das Grundwasser ganzjährig eine relativ hohe Temperatur aufweist. Für den Betrieb sind allerdings zwei Brunnen notwendig – ein Förderbrunnen zur Entnahme und ein Schluckbrunnen zur Rückführung des Wassers.

Voraussetzung für einen effizienten Betrieb

Damit eine Wärmepumpe sparsam arbeitet, sollten bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein:

• Gute Gebäudedämmung: Je besser die Dämmung, desto niedriger können die Heiztemperaturen gehalten werden.
• Fußboden- oder Wandheizung: Diese Heizsysteme benötigen niedrigere Vorlauftemperaturen, was den Stromverbrauch der Wärmepumpe senkt.
• Geeignete Wärmequelle: Die Wahl der richtigen Wärmequelle (Luft, Erde, Wasser) beeinflusst maßgeblich die Effizienz.

Stromverbrauch und Effizienz einer Wärmepumpe

Die Effizienz der Wärmepumpe wird mit der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ) gemessen. Je höher die JAZ, desto sparsamer ist die Wärmepumpe. Typischerweise liegt der jährliche Stromverbrauch bei gut ausgelegten Anlagen deutlich niedriger als bei klassischen elektrischen Heizsystemen.

Wärmepumpe auch zum Kühlen geeignet?

Viele Wärmepumpen können im Sommer auch zur Kühlung genutzt werden. Dazu wird der Prozess der Wärmepumpe einfach umgekehrt und überschüssige Raumwärme nach draußen transportiert.

Fazit

Wärmepumpen sind nachhaltige, umweltfreundliche und effiziente Heizsysteme, die die kostenlose Umweltwärme nutzen. Sie benötigen lediglich Strom für den Betrieb des Kompressors und sind daher deutlich sparsamer als andere Heizsysteme. Durch eine sorgfältige Planung und passende Auswahl der Wärmepumpe können Hausbesitzer langfristig Heizkosten sparen und einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten.