Was ist eigentlich eine Wärmepumpe ?
 Die Wärmepumpe wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur um - auch im Winter bei weit unter 0°C.
Dies geschieht in einem geschlossenen Kreisprozess durch ständiges Ändern des Aggregatzustandes des Arbeitsmittels (Verdampfen, Komprimieren, Verflüssigen, Expandieren). Nach dem selben Prinzip entzieht auch ein Kühlschrank seinem Inneren die Wärme und gibt diese dann nach aussen ab.
Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung des Hauses - Erdreich, Wasser oder Luft - gespeicherte Sonnenwärme und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.
Wie arbeitet eine Wärmepumpe?
Im inneren geschlossenen Rohrkreislauf der Wärmepumpe befindet sich ein sogenanntes “Arbeitsmittel” (auch “Trägermittel” oder “Kältemittel”). Unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen, z.B. bei 760 Millibar und 20° Celsius, ist das Arbeitsmittel gasförmig, da sein Siedepunkt dann unter 0° Celsius liegt. Sobald das Arbeitsmittel aber höherem Druck ausgesetzt wird, ändert es den Aggregatzustand und wird flüssig - der Siedepunkt liegt also ebenfalls höher. Die Schemazeichnung zeigt (unteres Bild), dass sich das Arbeitsmittel in der unteren Hälfte des geschlossenen Kreislaufs im flüssigen Zustand befindet. Mit einer Temperatur von beispielsweise + 2° C gelangt das Arbeitsmittel in die linke Rohrschlange, die außen von einem wärmeren Medium umgeben ist. Das kann Luft, Wasser oder Erdreich sein.
Aufgrund der Temperaturdifferenz fließt die Wärmeenergie aus der Umgebung in das Arbeitsmittel, dessen Temperatur nun so weit zunimmt, dass der Siedepunkt erreicht wird: es verdampft. Hierzu wird Verdampfungswärme benötigt, die der Umgebung entzogen wird. Dabei kühlt sich das wärmere Medium ab.
 Das gasförmige Arbeitsmittel gelangt jetzt in den Verdichter (Kompressor) der Wärmepumpe, der meist von einem Elektromotor angetrieben wird. Durch die Verdichtung steigt das Energieniveau des Arbeitsmittels weiter: Der Druck erhöht sich z.B. auf 15 bar und die Temperatur kommt auf ca. 60° Celsius. Das heiße Gas strömt nun in die Rohrschlange auf der rechten Seite der Schemazeichnung. Nach dem Prinzip eines Wärmeaustauschers liegt das Rohrsystem in einem Behälter, durch den von unten nach oben Wasser fließt. Dabei wird die Wärmeenergie des Arbeitsmittels als Kondensationswärme an das vorüberfließende Wasser abgegeben. Das Wasser erwärmt sich auf mehr als 50° Celsius und kann damit in einen Heizungskreislauf eintreten. Das Arbeitsmittel erreicht durch den Wärmeentzug seinen Kondensationspunkt und fließt in den unteren Teil der Rohleitung. Der hohe Druck, unter dem die Flüssigkeit noch steht, wird in einem Entspannungsventil reduziert. Dabei fällt die Temperatur des Arbeitsmittels auf den Ausgangswert von ca. + 2° Celsius. Der Kreislauf ist geschlossen und kann von neuem beginnen.
Kurze Zusammenfassung der Funktion der Wärmepumpe:
Mit Hilfe von Wärmepumpen läßt sich der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) Wärmeenergie entziehen und zur Raumheizung nutzen. In der Wärmepumpe wird ein Arbeitsmittel in einem Kreisprozeß geführt. Dabei durchläuft es nacheinander folgende Zustandsänderungen:
1. Im Verdampfer nimmt das Arbeitsmittel Wärmeenergie aus der Umgebung auf und verdampft hierdurch bei niedriger Temperatur (z.b. +2°C).
 2. Im Kompressor wird der Druck des gasförmigen Arbeitsmittels erhöht (z.B. auf 15 bar).
Dabei steigt die Temperatur des Arbeitsmittels erheblich (z.B. auf +60°C). Der Kompressor verrichtet Arbeit und benötigt mechanische Antriebsenergie für seinen Motor (aus Strom, Gas oder flüssigem Kraftstoff).
3. Im Kondensator ändert das Trägermittel seinen Aggregatzustand: gasförmig / flüssig. Die dabei freiwerdende Kondensationswärme geht in das Wasser des angeschlossenen Heizkreislaufes.
4. Im Expansionsventil fällt der Druck des Arbeitsmittels stark ab. Gleichzeitig sinkt die Temperatur (z.B. wieder auf +2°C), und der Kreislauf kann von neuem beginnen. |
