Die Funktionsweise von Wärmepumpen: So einfach geht nachhaltiges Heizen
Funktion einfach erklärt
Umweltwärme nutzen: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Die Funktion der Wärmepumpe basiert auf einem einfachen Prinzip: Sie nutzt die Wärme, die in der Umwelt gespeichert ist. Diese wird ursprünglich von der Sonne erzeugt und von der Umgebungsluft, der Erde und dem Grundwasser aufgenommen. Je nach Bauart greift die Wärmepumpe auf eine dieser natürlichen Energiequellen zurück: Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Luft, Erdwärmepumpen die Erde und Grundwasser-Wärmepumpen das Grundwasser.
Damit Umweltwärme zum Heizen genutzt werden kann, kommen Kältemittel zum Einsatz. Diese nehmen bereits bei sehr niedrigen Temperaturen Wärme auf und bilden die Grundlage für die Funktionsweise der Wärmepumpe. Es entsteht eine nachhaltige und effiziente Lösung für Heizung und Warmwasser – ganz ohne fossile Brennstoffe.
Schritt für Schritt: Funktionsweise der Wärmepumpe
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Im Verdampfer wird die Umweltwärme über einen Wärmetauscher auf das Kältemittel übertragen. Dieses verdampft schon bei sehr niedrigen Temperaturen. So können selbst kalte Außentemperaturen als Wärmequelle genutzt werden.
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Das jetzt gasförmige Kältemittel wird im Verdichter durch einen elektrischen Kompressor verdichtet. Dabei steigt der Druck und die Wärme wird auf eine zum Heizen nutzbare Temperatur gebracht.
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Im Verflüssiger, auch Kondensator genannt, gibt das heiße Kältemittelgas über einen zweiten Wärmetauscher Energie an das Heizungswasser ab. Sobald die benötigte Vorlauftemperatur erreicht ist, wird die Wärme über eine Fußbodenheizung oder über Heizkörper im Haus verteilt.
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Nach der Wärmeabgabe verflüssigt sich das Kältemittel wieder. Im Expander wird ihm über ein Expansionsventil der Druck entzogen, sodass es wieder auf die ursprüngliche Temperatur abkühlt. Dann wird das Kältemittel zurück zum Verdampfer geleitet und der Kreislauf beginnt von vorn.
Drei Quellen, ein Prinzip
So nutzt die Wärmepumpe Luft, Erde oder Grundwasser
Wärmepumpen können auf unterschiedliche Wärmequellen zugreifen – je nachdem, was am besten zum Haus und Grundstück passt. Ob Luft, Erde oder Grundwasser: Die Funktionsweise bleibt gleich, die Erschließung und Vorteile unterscheiden sich.
Funktionsweise Luft-Wasser-Wärmepumpe
Diese Wärmepumpenart nutzt die Umgebungsluft als Quelle. Ein Ventilator saugt die Luft an und leitet sie zu einem Wärmetauscher. Dort beginnt der Kältemittelkreislauf, der die Umweltwärme in Wohnwärme umwandelt.
Der Vorteil: Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist die Installation besonders unkompliziert, da für die Gewinnung der Umweltwärme keine Erdarbeiten nötig sind.
Funktionsweise Erdwärmepumpe
Erdwärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärme. Dabei zirkuliert in Rohrleitungen, die im Boden verlegt werden, eine frostsichere Soleflüssigkeit. Diese nimmt die Erdwärme auf und überträgt sie in der Wärmepumpe auf das Kältemittel. Daraufhin startet der Kältemittelkreislauf und die aufgenommene Erdwärme wird auf Heizniveau gebracht und an das Heizsystem abgegeben.
Die besondere Stärke: Erdwärmepumpen arbeiten besonders effizient, da die Bodentemperatur das ganze Jahr über relativ konstant bleibt.
Funktionsweise Grundwasser-Wärmepumpe
Diese Wärmepumpen nutzen die Wärme des Grundwassers. Über einen Förderbrunnen wird das Grundwasser zur Wärmepumpe geleitet, wo es seine Wärme auf das Kältemittel überträgt. Der Kältemittelkreislauf beginnt und die Wärme wird an das Heizsystem abgeben. Dadurch kühlt das Grundwasser ab und wird über einen Schluckbrunnen zurück in den natürlichen Kreislauf geleitet.
Großer Vorteil: Grundwasser-Wärmepumpen sind die effizienteste Technik, da das Grundwasser das gesamte Jahr über konstant warm ist.
Zwei verschiedene Bauweisen
Einfach erklärt: Was sind Monoblock- und Split-Wärmepumpen?
Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen wird grundsätzlich zwischen zwei Bauarten unterschieden: der Monoblock- und der Split-Technologie. Bei Monoblock-Wärmepumpen sind alle wichtigen technischen Komponenten, die für die Gewinnung der Umweltwärme benötigt werden, in einem einzigen Gerät verbaut. Das macht das System sehr kompakt und einfach installierbar. Bei Split-Wärmepumpen wiederum sind die technischen Komponenten auf zwei Geräte verteilt. Das gibt bei der Aufstellung auf dem Grundstück besonders viel Flexibilität, da auch größere Distanzen zum Gebäude möglich sind.
Betriebsarten im Vergleich
Monovalenter und bivalenter Betrieb von Wärmepumpen
Wärmepumpen können auf zwei verschiedene Arten geplant werden. Bei der monovalenten Betriebsart ist die Wärmepumpe das einzige System zur Erzeugung von Wärme und Warmwasser. Der Einsatz eines reinen Wärmepumpensystems ist vor allem dann sinnvoll, wenn Ihr Haus einen hohen energetischen Standard hat, z.B. gut gedämmt ist. Je niedriger die nötige Vorlauftemperatur, umso effizienter kann die Wärmepumpe im monovalenten Betrieb arbeiten. Wird die Wärmepumpe mit anderen Heiztechnologien kombiniert, spricht man von der bivalenten Betriebsart. Diese bietet sich oft in Altbauten an, wenn der energetische Standard vergleichsweise niedrig ist und hohe Vorlauftemperaturen erforderlich sind.
Gut kombiniert
Funktion von Wärmepumpe und Lüftungsanlage
Entscheiden Sie sich für eine Wärmepumpe, ist eine Lüftung die perfekte Ergänzung. Während die Wärmepumpe Wohnwärme und Warmwasser sehr effizient erzeugt, sorgt die kontrollierte Wohnraumlüftung für frische Luft und spart dabei zusätzlich Energie. Die Lüftungsanlage kann bis zu 90% der Wärme aus verbrauchter Raumluft zurückgewinnen und wieder nutzbar machen, sodass die Wärmepumpe weniger arbeiten muss. Weitere Informationen erhalten Sie in unserem Ratgeber zur Wohnraumlüftung.
