Das Funktionsprinzip in Worten

 

Physikalisch betrachtet sind die Temperaturen im Winter, wenn wir nur ungern das Haus verlassen, immer noch "ziemlich warm". Das liegt daran, daß alle Stoffe bei Temperaturen oberhalb des absoluten Nullpunktes ( -273,15°C) noch Wärmeenergie gespeichert haben.

Dazu zählt auch die kalte Außenluft, der man vermutlich auf den ersten Blick kaum das Potential zur Beheizung eines ganzen Hauses zutraut.

 

Mit einer Wärmepumpe kann man Wärme von einem Temperaturniveau auf ein höheres transportieren. Es ist also keine Hexerei, wenn man zur Beheizung eines Hauses eine Wärmepumpe einsetzt, die beispielsweise 4 Kilowatt Strom aufnimmt und dafür 12 Kilowatt oder mehr an Heizleistung bereitstellt.

 

Man muß sich lediglich vorstellen, daß die hier im Beispiel angenommenen 4 Kilowatt lediglich die Energie darstellen, die Wärme aus der kalten Außenluft auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Deshalb kommt scheinbar "hinten mehr raus", als man "vorne reinsteckt". Es wird aber nicht etwa aus dem Nichts Wärme gewonnen, sondern die kalte Außenluft weiter abgekühlt - die Differenz daraus steht dann der Heizungsanlage zur Verfügung.

 

Aus diesem Zusammenhang kann man auch erkennen, daß die Wärmepumpe am effektivsten arbeitet, wenn der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle (eben z. B. Außenluft, Erdwärme über einen Flächenkollektor oder Grundwasser) und Heizungsanlage möglichst klein ist.

 

Nicht zu empfehlen wäre z. B. eine Heizungsanlage mit auf hohen Betriebstemperaturen ausgelegten Heizkörpern und als Wärmequelle Außenluft. Hier ergeben sich dann z. B. bei kalten Wintertagen Temperaturdifferenzen von 90°C und mehr - hier wird niemand mehr eine Wärmepumpe einsetzen, ohne zuvor das Heizsystem zu überarbeiten (Einbau größerer Heizkörper z. B.).

 

Optimal hingegen arbeiten Wärmepumpen bei geringen Heizwassertemperaturen, wie sie z. B. bei Fußbodenheizungen üblich sind. Hier sind im Winter Temperaturdifferenzen von ca. 40 - 45°C zu überwinden, was wirtschaftlich sinnvoll ist.  Steht zum Beispiel noch als Wärmequelle Grundwasser zur Verfügung, welches auch im tiefsten Winter mit etwa 10°C recht warm ist, so steigt die Effizienz der Wärmepumpe nochmals stark an.

 

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

 

Einen Kühlschrank hat vermutlich jeder zuhause. Ohne darüber nachzudenken, hat also jeder Kühlschrankbesitzer eine Wärmepumpe in Betrieb. Keiner würde vor dem Kauf die Frage stellen, ob das System funktioniert und ob es sinnvoll ist.

Sobald allerdings das Prinzip umgekehrt wird und das Haus damit geheizt werden soll, kommen bei vielen Menschen Fragen auf wie:

 

"Kann das überhaupt funktionieren???".

 

Es kann nicht nur, es funktioniert!

 

Das Geheimnis des ganzen ist ein Kältemittel, was den Transport der Energie durchführt. Natürlich nicht freiwillig, man muß es dazu schon ein wenig "zwingen", und das erledigt ein Kompressor. Den hört man in seinem Kühlschrank zuhause auch regelmäßig laufen.

Ein Kältemittel ist ein Stoff, welcher schon bei recht niedrigen Temperaturen verdampft. Ein heute oft eingesetztes Kältemittel, R410a, verdampft z. B. schon bei -51,5°C.

Setzt man es mit einem Kompressor unter Druck, dann steigt zunächst die Temperatur. Das ist der Punkt, an dem die Wärme aus dem Kreislauf entzogen, und z. B. in einer Heizung genutzt werden kann.

Durch das Entnehmen der Wärme (was nichts anderes ist, als das Abkühlen durch kälteres Heizungswasser) wird bei gleichbleibendem Druck die Temperatur des heißen Gases geringer, beginnt es, wieder flüssig zu werden.

In diesem Zustand führt man es dorthin, wo man gerne die Nutzwärme aufnehmen möchte - zum Beispiel in einen Wärmetauscher, der von der Außenluft durchströmt wird. Vorstellen kann man sich dieses Bauteil wie einen Autokühler, oder im weitesten Sinn wie einen Heizkörper. An dieser Stelle findet sich dann ein sogenanntes Expansionsventil - nichts anderes, wie eine Engstelle, die dafür sorgt, daß sich der hohe Druck überhaupt aufbauen kann.

Das noch warme, flüssige Kältemittel strömt nun also durch dieses Ventil und gelangt in einen Bereich, in dem der Druck plötzlich viel geringer ist. Jetzt verdampft das Kältemittel - dabei sinkt die Temperatur rapide ab.

Diesen Effekt kennen wir alle, wenn wir zum Beispiel mit Spiritus oder einem anderen Lösungsmittel etwas säubern - man merkt, daß die Finger beim Verdunsten der darauf befindlichen Flüssigkeit kalt werden.

Da nun die Temperatur des Kältemittels durch das Verdampfen wesentlich geringer ist, als die Temperatur der kalten Außenluft, wird es von dieser wieder erwärmt - im besten Falle hat das Kältemittel schließlich die gleiche Temperatur wie die Luft, die als Wärmequelle dient.

Nun folgt der eingangs erwähnte Vorgang des Komprimierens - durch das Zusammenpressen steigt die Temperatur wieder enorm an, und der Kreislauf schließt sich...

 

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