Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Funktionsweise

Eine Wärmepumpe funktioniert prinzipiell sehr ähnlich wie ein Kühlschrank und es wird das Prinzip des Wärmetausches eingesetzt. Die Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, der ein Kältemittel enthält. Dieses Kältemittel durchläuft vier Hauptprozesse: Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion. Dabei entzieht die Wärmepumpe der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) Wärme und erhöht die Temperatur des Kältemittels, um sie dann in das zu beheizende Gebäude zu übertragen. So kann dann ein Gebäude beheizt bzw. Warmwasser aufbereitet werden.

Stromverbrauch und Wärmeleistung

Wärmepumpen nutzen elektrische Energie, um Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser für die Heizung bereitzustellen. Dabei kann die abgegebene Wärmemenge höher sein als die eingesetzte elektrische Energie. Wie viel Strom eine Wärmepumpe benötigt, hängt unter anderem von der Temperatur der Wärmequelle und der benötigten Vorlauftemperatur des Heizsystems ab. Bei niedrigen Vorlauftemperaturen, etwa bei einer Fußboden- oder Wandheizung, können sich andere Betriebsbedingungen ergeben als bei Heizsystemen mit höheren Vorlauftemperaturen.

Zur Beschreibung der Leistungszahl einer Wärmepumpe wird unter bestimmten Betriebsbedingungen der COP (Coefficient of Performance) herangezogen. Er gibt an, wie viel Wärmeleistung eine Wärmepumpe bei einer bestimmten Temperaturkonstellation aus einer Einheit elektrischer Energie bereitstellt. Für die Betrachtung über ein ganzes Jahr wird die Jahresarbeitszahl (JAZ) verwendet. Je nach Wärmepumpentyp, Wärmequelle, Gebäude und Heizsystem können sich dabei unterschiedliche Werte ergeben.

Anwendungsbereiche

Wärmepumpen finden Anwendung in Wohngebäuden, Gewerbeimmobilien und industriellen Prozessen. Sie können sowohl im Neubau als auch in der Sanierung von Gebäuden für die Warmwasserbereitung und das Heizen eingesetzt werden. Sie sind besonders effizient in gut isolierten Gebäuden mit einer niedrigen Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heizsystem.

Quellen der Wärme

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die unterschiedliche Wärmequellen nutzen können. Die gebräuchlichsten Typen sind:

• Luft-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Wärmeenergie aus der Außenluft.

• Erdwärmepumpen (auch Solewärmepumpe oder Sole-Wasser-Wärmepumpe genannt): Entzieht dem Erdreich Wärmeenergie durch Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden via Tiefenbohrungen.

• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt als Wärmequelle Grundwasser. Dafür ist eine Tiefenbohrung und ein sogenannter Förderbrunnen notwendig.

Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe

Wärmepumpen können erhebliche Energieeinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen bieten. Wenn diese mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden, wirkt sich das zusätzlich positiv auf die Energiekosten aus. Da Wärmepumpen keine fossilen Brennstoffe verbrauchen, reduzieren sie die CO₂-Emissionen und tragen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei.

Die Anschaffungskosten für eine Wärmepumpe sind in der Regel höher als für herkömmliche Heizungssysteme. Allerdings gibt es immer wieder hohe Förderungen auf die Gesamtinvestition, wodurch sich somit die tatsächlichen Anschaffungskosten signifikant verringern können. Manchmal spielt auch der Platzbedarf eine Rolle. Sole- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen benötigen möglicherweise mehr Platz für die Installation von Erdsonden oder Kollektoren. Luft-Wasser -Wärmepumpen sind sehr gut für den Ersatz von bestehenden Gas- oder Ölheizungen geeignet, können aber bei sehr niedrigen Außentemperaturen an Effizienz verlieren. Ein zusätzlich vorhandener E-Heizstab kommt aber bei modernen Luft-Wasser Wärmepumpen erst bei Außentemperaturen kleiner -15 Grad Celsius zum Einsatz.