Technik und Funktionsweise von Wärmepumpen
Arten und Arbeitsabläufe
Wärmepumpen sind Maschinen, die ein Haus beheizen oder kühlen können. Sie können Wärme von einem tiefen Temperaturniveau auf ein höheres anheben (pumpen) und umgekehrt. Für die Heizung gilt: Der Wärmepumpen-Prozess im Inneren der Maschine ist im Prinzip die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses, so wie er z.B. im Kühlschrank abläuft. Die von der Wärmepumpe gewonnene Nutzwärme wird für die Raumheizung im Niedertemperaturbereich genutzt. Als Wärmequelle für den Prozess dient indirekt gespeicherte Sonnenenergie in Luft, Wasser oder Erdreich. Aber auch direkte Sonnenstrahlung oder Prozesswärme aus Abwasser und Abluft sind geeignet.
Die Wärmepumpe benötigt für das Umwandeln von Umweltwärme in nutzbare Heizungswärme elektrischen Strom. Aus einem Energieanteil von 25% Strom für den Antrieb und 75% kostenloser Umweltwärme erzeugt sie Wärme. Ihre Effektivität lässt sich durch die Kombination mit einer thermischen Solaranlage steigern. Wärmepumpen arbeiten um so effektiver, je geringer der erzeugte Temperaturhub (Verhältnis Außentemperatur/Systemtemperatur innen) ist. Fußboden- und Wandheizung sind deshalb optimal für das Zusammenspiel mit ihnen geeignet.
Arten
Grundsätzlich werden zwei Arten von Wärmepumpen unterschieden:
- die Kompressions-Wärmepume und
- die Absorptions- bzw. Adsorptionswärmepumpe (Gaswärmepumpe)
- Verdampfer
Die Umweltenergie aus der Luft, der Erde oder dem Wasser bringt bei Temperaturen von z.B. 10 °C das in der Wärmepumpe zirkulierende Fluid zum Verdampfen. Das FCKW-freie Fluid besitzt einen sehr tiefen Siedepunkt. - Kompressor/Verdichter
Der elektrisch angetriebene Kompressor bringt das verdampfte Medium auf hohen Druck und ein hohes Temperaturniveau. - Kondensator/Verflüssiger
Die Energie – nun auf einem hohen Temperaturniveau – wird an das Heizungsmedium abgegeben. Das gasförmige Medium (Arbeitsmittel/Kältemittel) wird wieder flüssig. - Im Expansionsventil wird der Druck wieder abgebaut.
Trends der Wärmepumpentechnik
Der Trend bei den Wärmepumpen geht in Richtung Luft/Wasser-Wärmepumpen. Sie sind preisgünstiger als Sole/Wasser-Wasserwärmepumpen, besitzen jedoch einen niedrigeren Wirkungsgrad (Arbeitszahll). Effiziensteigerungen lassen sich durch das Einspritzen des gasförmigen Kältemittels in den Verdichter oder durch die Integration in den Solekreis einer Solaranlage erreichen. Gaswärmepumpen sind ebenfalls wieder im Kommen.
Auch für die zukünftige Stromerzeugung sollen Wärmepumpen einen Beitrag leisten. Da sie je nach Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden können, lässt sich mit ihnen die schwankende Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne besonders effizient nutzen, etwa wenn sie ihre Antriebsenergie aus einer Photovoltaikanlage erhalten.
