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Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärme bewegt sich normalerweise immer von den wärmeren Schichten zu den kälteren. Mit einer Wärmepumpe ist es möglich dieses Naturgesetz umzukehren, also vom Kalten ins Wärmere. Wie geht das? Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist im Prinzip identisch mit der eines Kühlschranks. Während der Kühlschrank seinem Innenraum die Wärme entzieht und nach draußen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Die Wärmepumpe macht sich dafür ein physikalisches Prinzip, den so genannten Joule-Thomson-Effekt zunutze.

Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Teilen: Die Wärmequellanlage, die der Umgebung die benötigte Energie entzieht; der eigentlichen Wärmepumpe, die die gewonnene Umweltwärme nutzbar macht; sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärmeenergie im Haus verteilt oder zwischenspeichert.

In der Wärmequellanlage zirkuliert eine Flüssigkeit, häufig eine Sole, d.h. Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist. Die Flüssigkeit nimmt die Umweltwärme, z.B. aus dem Erdreich oder dem Grundwasser, auf und transportiert diese zur Wärmepumpe. Eine Ausnahme bilden Luft-Wärmepumpen. Diese saugen über einen Ventilator die Außenluft an, die der Wärmepumpe die Umgebungswärme zuführt. In der Wärmepumpe befindet sich ein so genanntes Kältemittel. In einem Wärmetauscher wird die Umweltenergie auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der Kältemitteldampf wird nun zu einem Kompressor weitergeleitet und unter Druck verdichtet. Dadurch steigt die Temperatur des Gases. In einem weiteren Wärmetauscher wird die Wärme wieder abgegeben. Das Gas kühlt nun ab und wird wieder flüssig. Das Kältemittel wird schließlich zum Verdampfer zurückgeführt. In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich nun das Wärmeverteil- und Speichersystem. Darin zirkuliert das erwärmte Wasser.