Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Genau wie die ersten Wärmepumpen im 19. Jahrhundert nutzen auch die modernen Wärmepumpen weiterhin die vier Hauptkomponenten: einen Verdampfer, einen Verdichter / Kompressor, einen Verflüssiger / Kondensator und ein Expansionsventil / Entspannungsventil.

Die physikalischen Gesetze werden in den vier wesentlichen Komponenten einer Wärmepumpe also nicht außer Kraft gesetzt, sondern im Gegenteil bestmöglich für das Heizen mit regenerativer Energie, die Warmwassererzeugung und bei speziellen Wärmepumpen durch Umkehren des Prozesses auch zum Kühlen genutzt.

• Schritt 1 - Verdampfer

  Im ersten Bauteil, dem Verdampfer nimmt das spezifische Kältemittel – ein flüssiges Gas oder Gasgemisch, das kälter ist als die Umwelt – bei niedrigem Druck die Wärmeenergie aus Luft, Grundwasser oder Erde auf und geht in den gasförmigen Zustand über, sprich, es verdampft.

  Die Siedetemperaturen von Kältemitteln sind sehr niedrig. So siedet das natürliche Kältemittel Propan (R290), das bereits seit 1989 in ait-Geräten eingesetzt wird, bei normalem Atmosphärendruck bei minus 42,1 °C. Diese niedrigen Siedetemperaturen sind dafür verantwortlich, dass Wärmepumpen im Winter ihren Betrieb aufrechterhalten können und das Haus auch ohne zusätzliche Heizung mollig warm wird.

• Schritt 2 - Verdichter

  Im Verdichter oder auch Kompressor passiert jetzt das eigentliche Hochpumpen: Durch mechanische Krafteinwirkung wird das Gas verdichtet, der Druck steigt und das Kältemittel erwärmt sich weiter. In modernen Wärmepumpen werden Vorlauftemperaturen bis 70 °C erreicht.

  Erklären kann man dieses Phänomen mit dem Joule-Thomson-Effekt, den wir an vielen Stellen im Alltag beobachten: wenn das Deo kalt aus der Dose kommt, eine Fahrradpumpe durch den steigenden Druck warm wird, eine Schneekanone im Winter die Skipisten beschneit oder Vereisungsspray mit Minusgraden auf Sportverletzungen aufgesprüht wird. Der Verdichter ist auch das Bauteil, das für seinen Betrieb die größte Menge an elektrischem Strom benötigt.

• Schritt 3 - Verflüssiger

  Im Verflüssiger gibt das Gas seine Wärmeenergie an die Heizkörper ab und wird aufgrund der sinkenden Temperatur wieder flüssig.

• Schritt 4 - Ventil

  Last, but not least, wird das Kältemittel im Expansionsventil wieder entspannt. Temperatur und Druck sinken auf das Ausgangsniveau und der Kreislauf für den nachhaltigen Betrieb Ihrer Heizung beginnt von vorne.