Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein thermodynamisches System, das Wärmeenergie aus einer niedrigen Temperaturquelle (z.B. der Außenluft oder dem Erdreich) auf eine höhere Temperatur für die Heizung von Gebäuden oder die Erwärmung von Wasser für den Einsatz in Haushalten oder Industriezweigen überträgt. Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt aus Luft, Wasser oder Erdreich Wärme, um diese für die Heizung und Warmwasserbereitung im Haushalt nutzbar zu machen. Die aus der Umgebung gewonnene Umweltenergie sorgt in der Wärmepumpe für die Verdampfung eines zirkulierenden Kältemittels. Über einen Wärmetauscher wird die Energie vom warmen, gasförmigen Kältemittel auf das Heiz- bzw. Warmwasser übertragen.

Das physikalische Prinzip, auf dem Wärmepumpen basieren, ist der sogenannte "Kreisprozess", der aus vier Hauptkomponenten besteht: Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil. 

1. Verdampfer: Im Verdampfer wird die Wärmeenergie aus der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) aufgenommen. Dabei verdampft ein Kältemittel, das in der Wärmepumpe zirkuliert, bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Die Energie, die zum Verdampfen des Kältemittels benötigt wird, kommt aus der Umgebung, wodurch diese abkühlt.

2. Kompressor: Der Kompressor saugt das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer an und komprimiert es. Durch die Kompression erhöht sich der Druck und die Temperatur des Kältemittels. Der Kompressor ist das Herzstück der Wärmepumpe und wird meist elektrisch angetrieben.

3. Kondensator: Im Kondensator gibt das heiße, komprimierte Kältemittel seine Wärmeenergie an das Heizsystem (z. B. Heizkörper, Fußbodenheizung oder Warmwasserspeicher) ab. Dabei kondensiert das Kältemittel und wird wieder flüssig. Die abgegebene Wärmeenergie wird genutzt, um das Gebäude oder die Anlage zu heizen.

4. Expansionsventil: Das flüssige Kältemittel strömt durch das Expansionsventil, wo sein Druck und seine Temperatur abgesenkt werden. Das Kältemittel kehrt zum Verdampfer zurück, um erneut Wärmeenergie aus der Umgebung aufzunehmen und den Kreisprozess fortzusetzen.

Das Prinzip der Wärmepumpe ist vergleichbar mit einem Kühlschrank, der Wärme aus dem Innenraum nach außen transportiert. Eine Wärmepumpe hingegen kann Wärme aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder der Erde aufnehmen und für die Heizung von Gebäuden nutzen.

Wärmepumpen benötigen keine fossilen Brennstoffe. Lediglich Strom wird als Antriebsenergie genutzt, damit das System die Umweltwärme aufnehmen und weitertransportieren kann. Der Betrieb einer Wärmepumpe geht also mit einem erhöhten Bedarf an Haushaltsstrom einher. Dieser wird durch die deutliche Einsparung an Heizenergie jedoch in der Regel mehr als ausgeglichen. Daher gilt die Nutzung von Wärmepumpen als ebenso energie- und kostensparend wie klimaschonend.

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