Luft-Wasser-Wärmepumpen sind mittlerweile in über einer Million Haushalten in Deutschland im Einsatz, und ihr Beitrag zur effizienten Wärmeerzeugung ist beeindruckend. Alle Ausführungen von Luft-Wasser-Wärmepumpen können ohne Genehmigung aufgestellt werden. Sie gelten als das Heizsystem der Zukunft.
Aber wie genau funktioniert diese Technologie?
Der Kreislauf der Wärme
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Umgebungsluft als Wärmequelle, sogar bei Temperaturen von bis zu minus 20 Grad Celsius, indem sie ein spezielles Kältemittel verwendet.
Hier ist, wie der Prozess im Detail abläuft:
- Der Verdampfer: Der Prozess beginnt im Verdampfer, wo die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft aufgenommen wird. Ein eingebauter Ventilator saugt die Luft aktiv an und leitet sie zum Verdampfer weiter. Das Kältemittel im Verdampfer verdampft bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck, wodurch es die Wärmeenergie aus der Luft aufnimmt. Dieser Prozess ist ähnlich dem Kochen von Wasser, bei dem Wasser bei einer Temperatur von über 100 °C verdampft.
- Der Kompressor/Verdichter: Der Kompressor ist das Herzstück der Wärmepumpe. Seine Hauptaufgabe besteht darin, den Druck des verdampften Kältemittels zu erhöhen, was zu einer entsprechenden Steigerung der Temperatur und des Drucks führt. Bei diesem Prozess verbraucht der Kompressor elektrische Energie. Die Verringerung des Volumens eines Gases durch Zusammenpressen wird als Komprimierung oder Verdichtung bezeichnet.
- Der Verflüssiger/Kondensator: Anschließend erreicht das aufgeheizte Kältemittel den Verflüssiger. Hierbei kondensiert es unter erhöhtem Druck und gibt die zuvor aufgenommene Wärmeenergie an das Heizsystem des Gebäudes ab, sei es durch Heizkörper oder eine Fußbodenheizung. Es ist wichtig zu verstehen, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet wird; sie ändert lediglich ihre Form und wird in eine andere umgewandelt. In diesem Fall wird die zuvor für das Verdampfen aufgewendete Wärmeenergie freigesetzt, wenn der Wasserdampf kondensiert.
- Das Expansionsventil: Das kondensierte Kältemittel wird durch das Expansionsventil geleitet, wodurch der Druck und die Temperatur gesenkt werden. Damit kehrt das Kältemittel in seinen flüssigen Zustand zurück und der Kreislauf beginnt von vorne.
Dieser Kreislaufprozess ermöglicht es der Luft-Wasser-Wärmepumpe, selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen Wärmeenergie zu gewinnen und auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, um damit das Gebäude zu beheizen. Im Sommer kann der Prozess umgekehrt werden, um das Gebäude zu kühlen, indem die Wärme aus dem Innenraum an die Umgebung abgegeben wird.
Vergleich des Wirkungsgrades: Wärmepumpe vs. Gas- und Ölheizung
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe, oft als COP (Coefficient of Performance) ausgedrückt, kann Werte von 3 bis 5 oder mehr erreichen, was bedeutet, dass für jede verbrauchte Einheit elektrischer Energie 3 bis 6 Einheiten Heizenergie erzeugt werden und wir dann von einem Wirkungsgrad von 300 bis 600 % sprechen. Im Vergleich dazu haben Gas- und Ölheizungen einen geringeren Wirkungsgrad, wobei Ölheizungen typischerweise einen Wirkungsgrad von etwa 80 bis 90 % und Gasheizungen etwa 90 % erreichen. Dies verdeutlicht, dass Wärmepumpen eine effiziente und umweltfreundliche Option für die Raumheizung sind und dazu beitragen können, die Heizkosten zu senken und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren.
Ein Blick auf den Alltag
Dieses Prinzip der Wärmeübertragung und des Temperaturanstiegs durch Druckerhöhung ist nicht nur in der Funktion einer Wärmepumpe zu beobachten. Zum Beispiel wird bei einer Fahrradluftpumpe, wenn die Öffnung zugehalten und die Luft zusammengedrückt wird, der Zylinder der Luftpumpe erwärmt.
Auch das Entspannungsventil, das den Druck des Kältemittels reduziert, lässt sich in der alltäglichen Welt finden. Wenn beispielsweise das Ventil einer Flüssiggasflasche geöffnet wird, kann es selbst im Sommer zur Eisbildung an diesem Ventil kommen.
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist somit ein faszinierendes Beispiel für eine energieeffiziente Technologie, die Wärme aus der Umgebungsluft nutzt, um Gebäude zu beheizen und das Raumklima komfortabel zu gestalten.
Das umgekehrte Prinzip – unser Kühlschrank:
Ein Kühlschrank operiert als das genaue Gegenteil einer Wärmepumpe, indem er Wärme aus seinem Inneren ableitet, um den Innenraum zu kühlen. Im Gegensatz dazu nimmt eine Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung auf, um sie in den Innenraum zu übertragen und ihn zu heizen. Beide Geräte basieren jedoch auf dem gleichen Prinzip des Kältemittelkreislaufs, bei dem Wärme je nach Bedarf von einem Ort zum anderen übertragen wird.
In einem Kühlschrank kommt ein Kältemittel zum Einsatz, das bei niedriger Temperatur verdampft und dabei Wärme aus dem Inneren des Kühlschranks absorbiert. Dieses verdampfte Kältemittel wird dann durch ein Kühlsystem gepumpt, das die Wärme nach außen transportiert. Dort kondensiert es und gibt die aufgenommene Wärme an die Umgebung ab. Auf diese Weise wird im Inneren des Kühlschranks eine niedrigere Temperatur aufrechterhalten, während gleichzeitig die Wärme nach außen abgeführt wird.
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