Wärmepumpe: Funktion und Vorteile einer nachhaltigen Heiz- und Kühltechnologie

Die Nutzung erneuerbarer Energie zum Heizen und Kühlen ist in Neubauten mittlerweile fast schon Standard. Und auch in Bestandsgebäuden streben immer mehr Menschen nach umweltfreundlichen Lösungen, beispielsweise wenn es um eine neue Heizungsanlage geht: Die Wärmepumpe stellt dabei die erste Wahl dar. Neben einer effizienten Heizmöglichkeit bietet diese Technik auch eine intelligente Form der Kühlung. Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe? In diesem Beitrag klären wir Sie auf.

Kühlen und Heizen – die Funktion einer Wärmepumpe

Wärmepumpen nutzen das Prinzip der Thermodynamik, um Wärme aus einer Quelle mit niedrigerer Temperatur auf eine andere Quelle mit höherer Temperatur zu übertragen. Je nach Wärmepumpe-Arten können unterschiedliche Wärmequellen angezapft werden: die Umgebungsluft, das Erdreich oder das Grundwasser. Als Quelle mit höherer Temperatur gilt das Gebäude, welches beheizt oder gekühlt werden soll.

Übersicht der Wärmequellen

Wärmepumpen lassen sich mit verschiedenen Wärmequellen betreiben:

• Luft-Luft-Wärmepumpen: ziehen die Wärme aus der Umgebungsluft
• Luft-Wasser-Wärmepumpen: ziehen die Wärme aus der Umgebungsluft
• Sole-Wasser-Wärmepumpen: nutzen die Wärme aus dem Erdreich
• Wasser-Wasser-Wärmepumpen: verwenden Grundwasser oder einen Wasserlauf als Wärmequelle
• Hybride Wärmepumpen: kombinieren die Vorteile verschiedener Wärmequellen

Funktionsweise: Wärmepumpen sind umgekehrte Kühlschränke

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe lässt sich mit der eines Kühlschranks vergleichen, nur als umgekehrtes Prinzip: Der Kühlschrank entzieht seinem Innenraum die Wärme und gibt diese an die Außenluft ab. Die Wärmepumpe wiederum entzieht die Wärme aus dem Außenbereich, um sie als Heizenergie an das Gebäude abzugeben. Dabei ist neben der Heizfunktion auch die Kühlung möglich.

Die Wärmepumpen-Heizungsanlage lässt sich in 3 Bereiche einteilen:

• Wärmequellenanlage: entzieht der Umgebung die benötigte Energie
• eigentliche Wärmepumpe: macht die gewonnene Umgebungsluft nutzbar
• System zur Wärmeverteilung und -speicherung: verteilt oder speichert die Wärmeenergie

Die Funktion der Wärmepumpe lässt sich in 3 Schritten erklären:

1. Gewinnung und Verflüssigung
   In der Wärmequellenanlage befindet sich eine Flüssigkeit (oftmals mit Frostschutzmittel versetztes Wasser), die die Umweltwärme aufnimmt und diese zur Wärmepumpe transportiert. Ausgenommen sind Luft-Wärmepumpen, die die Außenluft über einen Ventilator ansaugen.
2. Verdichtung und Nutzbarmachung
   Die Umweltenergie wird auf ein in der Wärmepumpe befindliches Kältemittel übertragen, welches dadurch verdampft. Ein elektrischer Verdichter komprimiert den Kältemitteldampf. Im nächsten Schritt kondensiert das Kältemittel zurück in den flüssigen Zustand und wird zum Verdampfer zurückgeführt.
3. Beheizung
   In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich das Wärmeverteil- und Speichersystem, in dem das Heizmedium (in der Regel Wasser) zirkuliert. Die vom Kältemittel im Verflüssiger abgegebene Wärme wird aufgenommen und leitet dieses zu einem Verteilersystem (z. B. Heizung) oder zu einem Speicher.

Kühlen mit einer Wärmepumpe

Geht es um die Kühlung eines Gebäudes mit einer Wärmepumpe, liegen die Hauptunterschiede in der Richtung des Wärmetransfers sowie den Zielen des Systems. Die Wärme wird in diesem Fall aus dem Gebäudeinneren entfernt und an die Umgebung abgegeben, um den Innenraum zu kühlen. Je nach Bedarf kann die Wärmepumpe zwischen den beiden Betriebsarten umschalten.

Vorteile der Wärmepumpe

Die Nutzung von Wärmepumpen bietet gegenüber herkömmlichen Heizsystemen einige Vorteile. Zu nennen wären:

• Nachhaltigkeit durch Nutzung erneuerbarer Energie
• Effizienz durch hohen Wirkungsgrad bei sparsamem Betrieb
• Komfort durch vielfältige Einsatzmöglichkeiten: Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung
• eine lange Lebensdauer von bis zu 20 Jahren

Des Weiteren lassen sich langfristig Kosten einsparen, auch wenn die Anfangsinvestition möglicherweise höher ausfällt als bei herkömmlichen Systemen. Sowohl Betriebs- als auch Wartungskosten sind als gering einzustufen.

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