Wie funktioniert eigentlich...
eine Wärmepumpe?
Prinzipschema einer Kompressionswärmepumpe.
Wärmepumpen sind insbesondere für Gebäude mit Flächenheizungen interessant. Denn die Leistungszahl ist umso höher, je niedriger die Vorlauf- und Rücklauftemperaturen sind. Bild: Wolf
Es ist ein Naturgesetz, dass Wärme immer nur von einem Ort mit höherer Temperatur zu einem Ort mit niedrigerer Temperatur abfließen kann und nicht umgekehrt. Unter dieser Voraussetzung bleiben riesige Wärmevorräte ungenutzt (Umgebungsluft, Erdboden, Gewässer), weil deren Temperaturen einfach zu niedrig liegen.
Die Wärmepumpe ist eine technische Vorrichtung, mit der es gelingt, unter Einsatz relativ geringer Antriebsenergie viel dieser Niedertemperaturwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu heben.
In der Wärmepumpe zirkuliert ein Arbeitsmittel, das als Wärmeträger dient. In einem Teil des Systems, im Verdampfer, wird der Druck niedrig gehalten. Damit verdampft das Arbeitsmittel bei niedrigen Temperaturen (z.B. 5°C). Es nimmt dabei einen großen Betrag an Wärmeenergie auf, den es der relativ kalten Umgebung (z.B. Umgebungsluft, Erdboden, Gewässer) entzieht. Der Arbeitsmitteldampf wird mithilfe von Zusatzenergie auf einen höheren Druck gebracht (Kompressor). Bei diesem höheren Druck liegt die Kondensationstemperatur des Dampfes deutlich höher (z.B. 50°C). Im Kondensator wird dem Dampf die Kondensationswärme wieder entzogen, der Dampf kondensiert. Das nach der Kondensation wieder flüssige Arbeitsmittel befindet sich noch auf dem hohen Druckniveau. Über ein Drosselventil wird der Druckunterschied zum Verdampfungsbereich wieder abgebaut, und der Betriebszyklus kann von vorn beginnen.
Die Effektivität der Wärmepumpe wird durch Angabe einer Leistungs- oder Arbeitszahl dargestellt. Die Leistungszahl ist eine Momentaufnahme und wird dadurch errechnet, dass man die Wärmeleistung bei der Kondensation (Nutzwärme) durch die Antriebsleistung (Kompressorantrieb) teilt. Bei der Arbeitszahl werden die gleichen Größen über einen Zeitraum (meist ein Jahr) summiert und dann geteilt. Im Gegensatz zu üblichen Wirkungsgraden sind Leistungs- und Arbeitszahl immer größer als 1. Wünschenswerte Größenordnungen liegen heute bei 4 bis 5, d.h. die eingesetzte Antriebsenergie wird durch die „hochgepumpte“ Wärmeenergie vervier- oder verfünffacht.
Da FCKW seit 1995 verboten ist, kommen Alternativstoffe zum Einsatz, z.B. Ammoniak, Propan/Butan für Kompressionswärmepumpen und Ammoniak/Wasser, Wasser/Lithiumbromid (Arbeitsmittel/Lösungsmittel) bei Absorptionswärmepumpen.
