Wärmepumpen rücken immer weiter in den Fokus, denn als energiesparende, klimaschonende Alternative profitieren Mensch und Umwelt gleichermaßen. Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich? Wir erklären das dahinterstehende Prinzip sowie ihren Aufbau und beantworten brennende Fragen.

200 Jahre altes System: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Während wir eine Wärmepumpe womöglich als moderne Erfindung verstehen, reicht die Entwicklung der Technologie weit bis in das 19. Jahrhundert: Nicolas Carnot präsentierte der Welt bereits im Jahre 1824 einen ersten Ansatz beziehungsweise das passende Prinzip, ehe nur 100 Jahre später bereits ganze Anlagen zur Beheizung von Gebäudekomplexen dienten. 1969 war es dann so weit: Klemens Oskar Waterkotte installierte die deutschlandweit erste Wärmepumpe, doch bis heute weiß kaum jemand, wie eine solche funktioniert.

Grundlegend handelt es sich bei der Wärmepumpe, wie bereits durchscheint, um eine Form der Heizung, die ihre Energie aus der Umwelt erschließt. Sie zieht jene Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder unserem Grundwasser und bereitet die so gewonnene Wärme auf, um so warmes Wasser oder Wärme zu spenden und in den Wohnraum zu transportieren. Dabei gelingt es ihr, ganze Häuser nur mithilfe der kostenlosen Umweltenergie zu einem komfortablen Wohnort zu machen.

Gerade ihre einfache und effiziente Arbeitsweise ist dabei besonders hervorzuheben. Ähnlich wie bei einem Kühlschrank, wird der Umgebung thermische Energie entzogen und anschließend auf einen anderen Körper übertragen. Mit dem Unterschied, dass ein Kühlschrank dem Innenraum Wärme entzieht und sie nach draußen leitet, während eine Wärmepumpe, genau umgekehrt, die Wärme von außerhalb aufnimmt und in den zu beheizenden Wohnraum speist.

Der Aufbau im Detail

Nahezu jede Wärmepumpe gehört zu einem engmaschigen Wärmepumpensystem, welches allem voran aus drei verschiedenen Komponenten besteht:

• Wärmequelle: Luft, Erde, Grundwasser – dieser wird die Energie entzogen
• Wärmepumpe: macht thermische Energie in Form von Wärme aus der Umgebung durch Technologie nutzbar
• Wärmeverteil– und Speichersystem: verteilt Wärme in Räume oder lagert sie ein

Hersteller Bosch zufolge läuft im Inneren einer jeden Wärmepumpe ein geschlossener Kreisprozess aus vier Schritten ab. Dabei spricht man vom sogenannten Wärmepumpenkreislauf, der aus dem Verdampfen, dem Verdichten, dem Verflüssigen und Entspannen eines Kältemittels besteht, um wertvolle Wärme zum Heizen zu generieren. Das flüssige Kältemittel nimmt dabei die thermische Energie aus der Umwelt auf und hebt diese, mit der Hilfe von Strom, auf ein zum Heizen nützliches Temperaturniveau.

Das Wärmepumpenprinzip erklärt

Natürlich wollen wir auch auf das zuvor angesprochene Wärmepumpensystem beziehungsweise seinen Kreislauf näher eingehen. Dieser setzt sich, wie bereits verraten, aus vier verschiedenen Schritten zusammen:

1. Verdampfen: Über den Verdampfer wird Wärme aus der Umwelt in den Wärmepumpenkreislauf gespeist. Dafür ist ein Kältemittel verantwortlich, welches die Aufnahme und den Transport der thermischen Energie sicherstellt. Die Umweltwärme wird in flüssigem Zustand aufgenommen und anschließend verdampft, wodurch sie gasförmig wird.
2. Verdichten: Mit der Hilfe eines Kompressors, der von einer Stromquelle angetrieben wird, wird das gasförmige Kältemittel nun zusammengedrückt. Dabei erhöht sich nicht nur sein Druck, sondern auch die Temperatur steigt stark an. Ganz ähnlich verhält es sich auch bei einer handelsüblichen Fahrradpumpe, die sich erwärmt, wenn du Luft durch sie hindurch pumpst.
3. Verflüssigen: Anschließend wird die Wärme des komprimierten und bereits erhitzten Kältemittels in den Heizkreislauf übertragen. Dabei kühlt es ab und verflüssigt sich wieder, während es sich an einem Kondensator oder Verflüssiger, der mit einem Wärmetauscher ausgestattet ist, aufhält. Die Wärme wird daraufhin in einem Warmwasser- und Pufferspeicher der Wärmepumpe aufbewahrt.
4. Entspannen: Zu guter Letzt wird der Druck des Kältemittels über ein Expansions- oder Entspannungsventil wieder gesenkt. Dadurch wird es zurück auf seine Ausgangstemperatur abgekühlt und der Kreislauf kann wieder vom ersten Schritt an aufgenommen werden.

Verschiedene Arten von Wärmepumpen im Überblick

Bei der Frage danach, wie eine Wärmepumpe funktioniert, ist auch wichtig zu klären, auf welche Art und Weise sie arbeitet. Denn ganz grundlegend lässt sich thermische Energie in Form von Wärme aus der Umwelt über den Erd-, den Luft- sowie den Grundwasserweg gewinnen. Sogar die Abwärme der jeweiligen Anlage lässt sich zum Beheizen nutzen. Die drei unterschiedlichen Wärmepumpenarten unterteilen sich in die folgenden:

• Luft-Wasser-Wärmepumpe
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe
• Erdwärmepumpe

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Doppelt nützlich: Mit einer Wärmepumpe lässt sich auch kühlen

Eine Wärmepumpe ist dank ihrer Funktionsweise das einzige Beheizungssystem, das nicht nur für Wärme, sondern auch für Kühlung sorgen kann. Dies ermöglicht ihre Nutzung auch im Sommer, denn eine Klimaanlage benötigst du fortan an nicht mehr. Dafür ist lediglich eine sogenannte reversible Wärmepumpen-Funktion von Nöten, die eine entsprechende Planung voraussetzt. Denn dein Heizsystem ist idealerweise perfekt auf die Wärmepumpen-Klimaanlage abgestimmt, wobei sich Wand- und Fußbodensysteme hervorragend eignen.

Wie viel Strom verbraucht eine Wärmepumpe?

Laut Heizung.de liegt der Stromverbrauch einer Wärmepumpe, je nach ihrer Art und auf einen Energiebedarf von 10.000 Kilowattstunden gerechnet, bei etwa 2.000 bis 4.000 Kilowattstunden. Dabei hängt es ganz davon ab, wie sparsam du den Betrieb deiner Wärmepumpe ausrichtest.

Wie eine Wärmepumpe auch im Winter funktioniert

Da sowohl im Erdboden als auch im Grundwasser unabhängig von der Jahreszeit konstante Temperaturen vorzufinden sind, funktioniert eine Wärmepumpe auch im Winter zuverlässig. Selbst bei eisigen Außentemperaturen unter null Grad Celsius kannst du sie nutzen und sie arbeitet noch immer effizient.

Bei stärkeren Minusgeraden jenseits der 20 Grad unter null wird sie von einem elektrischen Heizstab ergänzt – ohne dabei etwas von ihrer Effektivität einbüßen zu müssen. Wer darauf nicht vertraut, der kann sich aber auch nach einem Hybridsystem, welches aus einer Wärmepumpe und einer Gastherme besteht, für den Winter umsehen.

Quellen: Bosch, Heizung.de, eigene Recherche

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