Wie Wärmepumpen funktionieren
Aktuell am Markt erhältliche Wärmepumpen unterscheiden sich grundlegend darin, welches Element sie als Energiequelle nutzen – Luft, Wasser oder Erde. Davon abgesehen funktionieren die Geräte jedoch alle nach einem Prinzip, das auf vier Prozessen basiert, welche sich ständig wiederholen: Verdampfen – Verdichten – Verflüssigen – Entspannen.
Beim Verdampfen wird das in einer Pumpe zirkulierende Kältemittel erhitzt. Dafür wird die Umweltwärme angezapft. Wichtigstes Bauteil hierfür ist ein sogenannter Wärmetauscher, welcher z.B. die Wärme aus der Luft an ein anderes Element (z.B. Wasser) überträgt – dabei berühren sich beide Komponenten nicht, sondern werden nur in Rohren aneinander vorbeigeleitet. Das erhitzte Kältemittel fängt an, zu verdampfen.
Der entstehende Dampf wird mit Hilfe eines elektrisch betriebenen Kompressors verdichtet. Mit hohem Druck wird der Dampf „zusammengepresst“, das erhöht stark seine Temperatur. Anschließend kommt ein zweiter Wärmetauscher zum Einsatz, dieser überträgt die Wärme des komprimierten Dampfes auf Wasser, welches schließlich durch Heizkörper oder Fußbodenheizungen des Gebäudes fließt. Beim Vorgang des Verflüssigens wird der Dampf wieder zu flüssigem Kältemittel, das jedoch noch unter Druck steht. Beim Entspannen wird durch ein spezielles Ventil der Druck abgebaut, wodurch das Mittel seinen Anfangszustand erreicht. Sowohl für das Kältemittel als auch für das durch die Heizkörper geflossene Wasser beginnt nach dem Abkühlen der beschriebene Prozess von vorne – beides wird im Kreislauf wiederverwendet und mit Hilfe der aus der Umwelt bezogenen Wärme erneut in den nötigen Zustand gebracht, um Gebäude heizen zu können.
Natürlich steht die Frage im Raum: Wie können Wärmepumpen gerade in der kalten Jahreszeit der Umwelt Wärme entziehen und diese auf andere Stoffe übertragen? Wasserwärmepumpen saugen durch einen Brunnen Grundwasser an, dieses hat auch in kalten Wintern noch um die 10 Grad plus. Das Wasser wird nach der Nutzung in der Wärmepumpe durch einen zweiten Brunnen wieder ins Erdreich „entlassen“. Bei Erdwärmepumpen wird die thermische Energie des Erdbodens genutzt, z.B. über Sonden, welche sich mindestens 50 Meter in der Tiefe befinden. Auch hier hat es in kalten Wintern noch Temperaturen um 10 Grad plus. Eine Alternative sind Kollektoren, welche rund eineinhalb Meter unter der Erdoberfläche installiert werden, allerdings ist dafür mehr Platz „in der Horizontalen“ nötig. Am kältesten ist in den Wintermonaten üblicherweise die Luft. Jedoch verdampft das Kältemittel in Luftwärmepumpen auch bei frostiger Witterung – bei Werten im niedrigen zweistelligen Minusbereich können die Geräte noch ihren Dienst tun.
