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Wie eine Wärmepumpe funktioniert?

Wie eine Wärmepumpe funktioniert?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie es eine Wärmepumpe schafft, aus Erdreich, Wasser oder Luft Wärme zu erzeugen? Wir erklären, wie Wärmepumpen funktionieren und Ihr Zuhause klimaneutral heizen und kühlen.

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Wärmepumpen nutzen kostenlose Energie aus der Umwelt, um daraus Warmwasser für Heizung und Bad zu generieren. Je nach Energiequelle unterscheidet man zwischen Erd-, Wasser- und Luftwärmepumpen.

William Thomson (Bild: Urheber unbekannt, keine Einschränkung)

Der erste Wegbereiter des Wärmepumpenprinzips war der Physiker Robert William Thomson (alias „Lord Kelvin“), der bereits 1852 unter dem Titel „Heating Machine“ aufzeigte, dass sich motorbetriebene Kältemaschinen zum Heizen noch besser einsetzen lassen als zum Kühlen und dabei effizienter arbeiten als Direktheizungen.

1871 entwickelte Carl von Linde schließlich eine Kältemaschine, auf deren technischen Prinzipien sowohl Wärmepumpen als auch Kühlschränke bis heute aufbauen. Es sollte jedoch noch rund 100 Jahre dauern, bis Wärmepumpen zur Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung endgültig marktreif waren. Innovative Technologien und laufende Optimierungen machen die Wärmepumpe zu dem, was sie heute ist: hocheffizient, klimafreundlich, komfortabel und dementsprechend beliebt.

Die Funktionsweise von Wärmepumpen

Im Wesentlichen funktionieren alle Arten von Wärmepumpen nach demselben Prinzip – ähnlich wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt: Sie entziehen der natürlichen Umgebung Wärme und geben sie an das Heizwasser ab. Durch physikalische Prozesse (Verdampfung – Verdichtung – Verflüssigung – Entspannung) wird aus nachhaltigen Ressourcen mithilfe von Strom und einem speziellen Kältemittel die im Haus benötigte Wärme erzeugt.

 
Der Wärmepumpen-Kreislauf besteht – einfach erklärt – aus 4 Phasen:
 
Verdampfen
Die Wärmepumpe entnimmt der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser die gespeicherte Sonnenenergie. Selbst bei tiefen Außentemperaturen verdampft das im Gerät zirkulierende Kältemittel dank seines niedrigen Siedepunktes.
 
Verdichten
Durch das Pumpen eines strombetriebenen Kompressors – daher die Bezeichnung Wärmepumpe – wird der Kältemittel-Dampf verdichtet. Mit dem Druck steigt auch die Temperatur des Kältemittels.
 
Verflüssigen
Hat der Dampf eine hohe Temperatur erreicht, wird das gasförmige Kältemittel im Kondensator abgekühlt und dabei wieder verflüssigt. Die dabei entstandene Wärme wird auf das Heizungssystem und den Warmwasserspeicher übertragen.
 
Entspannen
Über ein Entspannungsventil wird der Druck des Kältemittels wieder abgesenkt und der Kreislauf in der Wärmepumpe beginnt von Neuem. Währenddessen wird das Gebäude bzw. der Haushalt permanent mit Warmwasser und angenehmen Raumtemperaturen versorgt – zum Beispiel im Neubau über eine Fußbodenheizung, bei Sanierungen von Heizungen sind auch Radiatoren zur Wärmeabgabe möglich.

Erneuerbare Energie und Strom zum Heizen nutzen

Den Großteil der benötigten Energie – durchschnittlich 75 % – holt sich die Wärmepumpe aus der Umgebung: Luft-Wasser-Wärmepumpen saugen einfach die Außenluft an. Seltener wird die Energie dem Erdreich oder dem Grundwasser entnommen. Für Antrieb und Pumpe ist Strom nötig – er macht die restlichen rund 25 % des Energiebedarfs aus. Wer Ökostrom bezieht, hat mit der Wärmepumpe ein umweltfreundliches Heizsystem, das ganz ohne Brennstoffe und Emissionen auskommt. Besonders nachhaltig und günstig nutzen Sie Ihre Wärmepumpe in Kombination mit einer eigenen Photovoltaikanlage. Der EnergyManager PV Smart von Hoval hilft bei dieser Systemlösung die Effizienz zu steigern und zusätzlich Heizkosten zu sparen.

Heizen und Kühlen mit der Wärmepumpe

Die Wärmepumpe arbeitet in der Übergangszeit besonders sparsam und garantiert auch bei frostigen Minusgraden wohlige Wärme im Haus. Sogar im Sommer sorgt die Wärmepumpe für ein angenehmes Raumklima. Der oben erklärte Kreislauf funktioniert dann umgekehrt: Die Wärmepumpe befördert die Wärme aus dem Inneren des Gebäudes nach außen. Bei vielen Modellen lässt sich der Kreislauf einfach auf Kühlbetrieb umstellen, sodass Sie an heißen Sommertagen und -nächten Ihre Räume auch sanft kühlen können.

Veröffentlicht im März 2022