Wärmepumpen
Technik und Funktionsweise
Technik
Wärmepumpen sind technische Heizeinrichtungen, die es ermöglichen technisch nicht nutzbare Wärme auf ein verwertbares Niveau anzuheben. Als Wärmequellen dient indirekt gespeicherte Sonnenenergie in Luft, Wasser und Erdreich oder direkte Sonnenenergie, aber auch Prozesswärme aus Abwasser und Abluft.
Für den Betrieb der Wärmepumpe wird elektrische Energie benötigt, die, wenn in einem konventionellen Kraftwerk erzeugt, den energetischen Wirkungsgrad deutlich vermindert. Besser ist die direkte Nutzung von Sonnenenergie in Form von Solarthermie.
Wärmepumpen arbeiten um so effektiver, je geringer der erzeugte Temperaturhub ist. Deshalb eignen sie sich gut für das Betreiben einer Fußbodenheizung.
Soll die Wärmepumpenheizung effektiv und umweltfreundlich arbeiten, ist eine gute Anlagenplanung unerlässlich.
Funktionsweise
Das physikalische Prinzip der Wärmepumpe beruht darauf, dass ein Arbeitsmedium mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses ("Carnot-Prozess") Wärme aus der Umgebung aufnimmt und an das zu erwärmende Wasser abgibt. Das geschieht in einem geschlossenen Kreislauf, in dem das eingesetzte Kältemittel durch Änderung von Aggregatzustand "Druck" oder "Temperatur" Wärme aufnehmen, transportieren und wieder abgeben kann.
Arten
Grundsätzlich werden zwei Arten von Wärmepumpenunterschieden:
- Die Kompressions- (Adsorptions-) und
- die Absorptionswärmepumpe.
Die Absorptionswärmepumpe arbeitet ebenfalls mit einem geschlossenen Kreislauf. Die Wärmeübertragung beruht hier jedoch auf einem physikalisch-chemischen Prozess in einem Lösungsmittelkreislauf, wobei die für die Temperatur- und Druckerhöhung notwendige Energiezufuhr durch eine Wärmequelle erfolgt.
Der Wärmepumpenprozess kann dem nebenstehenden Bild entnommen werden:
1 = Verdampfer
Die Umweltenergie aus der Luft, der Erde oder dem Wasser (z.B. 10 °C) bringt das in der Wärmepumpe zirkulierende, FCKW-freie Medium (z.B. R 407 c), das einen sehr tiefen Siedepunkt aufweist, zum Verdampfen.
2 = Verdichter/Kompressor
Der i.d.R. elektrisch angetriebene Kompressor bringt das verdampfte Medium auf hohen Druck und ein hohes Temperaturniveau.
3 = Kondensator
Die Energie - nun auf einem hohen Temperaturniveau - wird an das Heizungsmedium abgegeben. Das gasförmige Medium (Arbeitsmittel/ Kältemittel) wird wieder flüssig.
4 = Expansionsventil
Im Expansionsventil wird der Druck abgebaut.
