Funktionsweise und Technik der Wärmepumpe

Thermodynamik wird die Energie vom warmen zum kalten Medium übertragen. Die Quelle kühlt sich dabei ab. Der Dampf des Arbeitsmittels wird von einer Pumpe (Kompressor) abgesaugt und auf ein höheres Druckniveau gebracht. Durch die Druckerhöhung steigt die Temperatur. Bei modernen Wärmepumpen übernimmt ein Scrollverdichter die Arbeit des Kompressors.

Jeder kennt den Effekt bei einer Fahrradpumpe, wenn man das Ventil mit dem Daumen verschließt, erhöht sich dort die Temperatur sehr heftig. Das nun auf Heizniveau erwärmte und unter hohem Druck stehende Kältemittel wird dem Verflüssiger zugeführt, und die Wärme des Dampfes durch Kondensieren (flüssig zu werden) an dem umgebenen Heizkreis abgeführt. Wieder ensteht eine Änderung des Aggregatzustandes wobei hohe Energien freigesetzt werden. Danach wird das Arbeitsmittel dem Expansionsventil zugeführt und auf den niedrigen Druck des Verdampfers entspannt. Der Kreislauf des Arbeitsmittels ist somit geschlossen, und der dann niedrige Druck entspricht der Siedetemperatur des Arbeitsmittels. Zum Vergleich: Jeder hat schon mal gehört, dass auf hohen Bergen der Luftdruck geringer ist als an der Küste. Deshalb fängt Wasser auf den Bergen schon bei weniger als 100° Celsius an zu kochen.

Der größere Teil der Energiemenge, die die Wärmepumpe der Heizungsanlage zuführt, stammt nicht aus der Antriebsenergie des Verdichters, sondern aus der Umweltwärme. Diese innere Energie der Umgebung wird im Allgemeinen als nutzlos betrachtet, weil sie keine Arbeit verrichten kann.

Je nach Art der Umweltwärme (ob Luft, Wasser oder Erdreich) und abhängig von deren Temperaturbedingungen, kann sie zwei- bis fünfmal größer sein, als die elektrische Energie die der Verdichter der Wärmepumpe für seine Arbeit benötigt. Je geringer der Temperaturabstand der Quelle aus der Umweltwärme und dem Heizungssystem ist, desto besser ist die Leistungszahl der Wärmepumpe. Das ist der Grund warum eine Wärmepumpe für Fussbodenheizungen besonders gut geeignet ist. Die Vorlauftemperatur beträgt hier nur 35°C.

Schema einer Wärmepumpe mit Scrollverdichter