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Funktionsweise der Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt Umweltwärme mit Hilfe von elektrischer Energie. Sie ist im Betrieb deshalb ökologisch und sehr kostengünstig.

Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Nachfolgend das Funktionsprinzip der Kompressionswärmepumpe:

 Funktion der Wärmepumpe

  1. flüssiges Kältemittel wird in den Verdampfer eingespritzt. Es nimmt Umweltwärme auf und verdampft dabei.
  2. das gasförmige Kältemittel gelangt in den Verdichter (Kompressor). Das Gas wird komprimiert. Dabei steigt der Druck und die Temperatur.
  3. Das so genannte Heissgas gelangt in den Kondensator. Das Kältemittel durchläuft eine Phasenumwandlung von gasförmig nach flüssig (es kondensiert) und gibt dabei Wärme an das Heizsystem ab.
  4. das flüssige Kältemittel über das Expansionsventil (Trennung von hohem und tiefem Druck im Kältemittelkreislauf) wieder in den Verdampfer. Der Kreisprozess beginnt von vorne (siehe Punkt 1).

Energiefluss

Was macht denn nun die Wärmepumpe so wirtschaftlich im Betrieb? Dazu ist es notwendig den Energiefluss in der Wärmepumpe anzuschauen:

  • 65 % bis 75% der Energie werden aus der Umwelt auf einem tiefen Temperaturniveau bezogen. Je nach Typ der Wärmepumpenanlage ist dies: Aussenluft, Erdsonde, Grundwasser
  • 35% bis 25% werden als elektrische Energie zugeführt.
  • Es kann demzufolge mit einem Einsatz von ca. 30% elektrischer Energie 100% thermische Energie gewonnen werden.

Wie effizient sind Wärmepumpen?

Thermodynamisch bedingt wird die maximal mögliche Effizienz von zwei Temperaturen begrenzt:

  • der Quellentemperatur
  • der Temperatur bei der Wärmeabgabe

Je näher diese zwei Temperaturen beienander liegen, desto effizienter kann eine Wärmepumpe betrieben werden. Daraus ergeben sich folgende Tatsachen:

  • Heizsysteme mit tiefen Temperaturen sind besonders gut für den Einsatz von Wärmepumpen geeignet. In der Regel erfüllen alle Fussbodenheizungen diese Forderung. Auch Radiatorenheizungen sind geeignet, die maximal benötigte Vorlauftemperatur muss jedoch bekannt sein.
  • Wärmequellen mit tieferen Temperaturen haben eine Verringerung der Effizienz im Betrieb zur Folge. Luft/Wasser-Wärmepumpen weisen deshalb eine kleinere Effizienz als Erdsonden-Wärmepumpen oder Grundwasser-Wärmepumpen auf.

Natürlich hängt die Effizienz auch vom Produkt und damit von konstruktiven Unterschieden zwischen den verschiedenen Wärmepumpentypen ab. Der oben beschriebnene Sachverhalt ist jedoch bei allen Produkten der gleiche.

Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe

Für die Beurteilung eines Wärmepumpensystems verwendet man die Jahresarbeitszahl.

Jahresarbeitszahl = produzierte Heizenergie / dafür aufgewendete elektrische Energie

 Es kann mit den folgenden typischen Jahresarbeitszahlen gerechnet werden:

Luft/Wasser-Wärmepumpe: 2.5 bis 3.5
Erdsonden-Wärmepumpe: 3.0 bis 5.0

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›› Grundlagen der Wärmegewinnung mit Erdsonden