Funktionsweise und Wärmequellen

Funktionsweise

Die Wärmepumpe bringt die Wärmequelle auf ein höheres Temperaturniveau, um damit ein Gebäude komfortabel zu beheizen oder mit Warmwasser zu versorgen. Manche Wärmepumpen ermöglichen auch eine aktive Kühlung des Gebäudes.

Um 100 % Heizwärme zu erzeugen benötigt man nach heutigem Stand der Technik etwa 25 % elektrische Antriebsenergie, die restlichen 75 % stellt die Umwelt gratis zur Verfügung.

Eine Wärmepumpe setzt sich grundsätzlich aus folgenden Komponenten zusammen:

• Verdampfer
• Verdichter
• Kondensator
• Expansionsventil

In der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel, welches der Wärmequelle Wärme entzieht. Aufgrund des niedrigen Siedepunktes des Kältemittels verdampft das Kältemittel im Verdampfer bereits bei geringen Temperaturen und gelangt anschließend dampfförmig zum Verdichter. Durch die Druckerhöhung im Verdichter steigt die Temperatur soweit an, dass sie für das Heizsystem (am günstigen sind eine Fußboden- oder Wandheizung) nutzbar ist. Durch die Wärmeabgabe an das Heizwasser im Kondensator wird das Kältemittel wieder flüssig. Das flüssige Kältemittel wird nun im Expansionsventil entspannt und gelangt dadurch auf einen niedrigeren Druck und eine geringere Temperatur. Der Kreislauf beginnt von vorne.

Wasser, Erde oder Luft

Die Wärmepumpe entzieht der Wärmequelle (Erde, (Grund)-Wasser oder Luft) Wärme.

Grundwasser

Grundwasser eignet sich besonders gut für die Wärmepumpennutzung, da es über das gesamte Jahr eine relativ hohe, konstante Temperatur aufweist. Mit Hilfe einer Förderpumpe wird das Grundwasser über einen Förderbrunnen entnommen und zur Wärmepumpe transportiert, dort wird dem Wasser Wärme entzogen und anschließend wird es über den Schluckbrunnen wieder in den Boden eingebracht.

Grundwasser - Wärmepumpen bedürfen einer wasserrechtlichen Bewilligung und können aufgrund von zu geringen Wassermengen, Wasserqualität oder Temperaturen nicht überall zum Einsatz kommen.

Erde

Da auch die Erdreichtemperaturen relativ unabhängig von den Außenlufttemperaturen sind, kann die Erde gut als Wärmequelle für eine Wärmepumpe herangezogen werden.

Bei einem Flachkollektor werden in 1,5 bis 2 m Tiefe in einem Abstand von rund 1 m Kunststoff- (für Sole) oder Kupferrohre (für Direktverdampfer) im Erdreich verlegt. In diesen Rohren zirkuliert bei Direktverdampfersystemen (d.h. das Kältemittel verdampft direkt im Erdreich) dasKältemittel, bei Sole Systemen ein Frostschutzgemisch, welches die Wärme aus dem Boden zieht und an die Wärmepumpe abgibt. Je nach Bodenbeschaffenheit und Gebäudestandard (Heizlast) benötigt man für die Verlegung der Rohrleitungen die 1,5- bis 2-mal so große Fläche wie die zu beheizende Wohnfläche.

Eine Erdwärmesonde ist eine vertikal eingebrachte Rohrleitung, in welcher Sole als Wärmeträgermedium zirkuliert und somit die Wärme aus dem Erdreich zur Wärmepumpe transportiert. Wie viele Sonden, und in welcher Tiefe diese eingebracht werden müssen, hängt von der benötigten Heizlast ab.

Luft

Luft- Wärmepumpen sind zwar relativ günstig in der Anschaffung, die Wärmequelle Luft bietet allerdings im Vergleich z.B. zu Grundwasser in der Heizsaison deutlich schlechtere Voraussetzungen.

Wenn die höchste Heizleistung benötigt wird, ist die Temperatur der Wärmequelle (Außenluft) am niedrigsten. Sie sind im Betrieb in der Regel nur dann entsprechend effizient, wenn die Wärmequelle immer ausreichend warm ist, z.B. wenn Abluft als Wärmequelle genutzt werden kann - oder im "bivalenten" Betrieb, also gemeinsam mit einem zweiten Wärmebereitsteller, wenn die Außentemperaturen nicht ausreichen.