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Die Funktionsweise von Wärmepumpen

Wie gewinnen Wärmepumpen Energie aus der Umwelt?

Lesedauer 3 Minuten
Quelle: ro / Caro Neumeyer
10.05.2023

Die Nutzung von Wärmepumpen zur Beheizung von Gebäuden erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da sie effizient und umweltfreundlich arbeiten. Doch wie genau funktionieren diese Systeme? Max Barnickel, Geschäftsführer der Firma Wechner aus Peiting, erklärt den grundlegenden Mechanismus hinter Wärmepumpen.

Grundsätzlich unterscheiden wir zwischen Erd-, Luft- und Wasserwärmepumpen, doch alle Systeme arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Wärmepumpen nutzen die Energie aus der Umwelt, um Wärme für die Heizung eines Gebäudes zu gewinnen. Doch wie geschieht dies? Die Wärmepumpe sammelt Energie aus der Umwelt wie kleine Würfel, die Wärme und Energie repräsentieren. Das Ziel besteht darin, diese Energie zu komprimieren, um eine bestimmte Vorlauftemperatur zu erreichen, mit der das Haus beheizt werden kann.

Barnickel vergleicht den Prozess mit dem Sammeln kleiner Würfel, die die Energie repräsentieren. Die Wärmepumpe nimmt diese Würfel auf und komprimiert sie, um eine bestimmte Vorlauftemperatur zu erreichen, die für die Beheizung des Hauses ausreicht. Nehmen wir als Beispiel die Aufnahme von Energie aus der kalten Luft. Diese enthält zwar Wärmeenergie, jedoch nicht in der benötigten Temperatur. Daher muss die Wärmepumpe die Temperatur der Luft erhöhen, indem sie das Kältemittel - eine Substanz mit niedrigem Siedepunkt - mit einer noch niedrigeren Temperatur bereitstellt. Die Wärmepumpe versucht also, der äußeren Energiequelle ein kälteres Umfeld vorzugeben.

Ein konkretes Beispiel: Wenn die Außenluft beispielsweise eine Temperatur von -10 Grad Celsius aufweist, versucht die Wärmepumpe das Kältemittel, das mit der Luft in Kontakt steht, auf eine noch niedrigere Temperatur von beispielsweise -14 Grad Celsius abzukühlen. Die Wärmepumpe strebt also an, dass das Kältemittel, das mit der Luft in Kontakt kommt, noch kälter ist, beispielsweise -14 Grad Celsius. Somit erwärmt die -10 Grad kalte Luft das Kältemittel auf -14 Grad Celsius. Das Kältemittel wird wärmer, und die Energie wird ins Haus transportiert.

An diesem Punkt kommt der Kompressor ins Spiel. Er komprimiert das Kältemittel, das sich in einem gasförmigen Zustand befindet, ähnlich wie bei einer handelsüblichen Fahrradpumpe. Durch die Kompression des Gases erhöht sich dessen Temperatur. Ein bekanntes Phänomen tritt auf: Wenn man die Fahrradpumpe bedient, spürt man, wie die Hand vorne warm wird. Dieses Prinzip der Kompression und der damit verbundenen Wärmeerzeugung findet auch im Inneren der Wärmepumpe statt.

Das erhitzte Gas gibt nun seine gespeicherte Energie an den Wasserkreislauf im Haus ab. Hier wird die Energie aufgenommen, um Warmwasser bereitzustellen oder das Gebäude zu heizen. Das abgekühlte Gas kondensiert an dieser Stelle, wird flüssig und entspannt sich etwas. Dieser Zyklus setzt sich fort und wiederholt sich stetig in einem geschlossenen Prozess. 

Wärmepumpen sind somit in der Lage, die vorhandene Umweltenergie effizient zu nutzen und sie für die Beheizung von Gebäuden zu verwenden. 

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