Haben Sie Probleme mit hohen Heizkosten? Eine Wärmepumpe könnte die Lösung sein. Sie nutzt die Energie aus der Umwelt, um Ihr Zuhause zu heizen. In diesem Artikel erklären wir, wie eine Wärmepumpe funktioniert und welche Vorteile sie bietet.
💡 Zusammenfassung
- Eine Wärmepumpe nutzt Wärme aus Luft, Erde oder Wasser zum Heizen.
- Sie arbeitet wie ein Kühlschrank, aber umgekehrt. Sie holt Wärme von außen und gibt sie innen ab.
- Es gibt drei Haupttypen: Luft-Wasser, Erdwärmepumpen, und Wasser-Wasser-Systeme.
- Wärmepumpen sind effizient. Sie sparen Strom und nutzen erneuerbare Energiequellen.
- Eine gute Isolation des Hauses und regelmäßige Wartung steigern die Effizienz.
- Schnell in 45 Sekunden Anfrage stellen.
- Erhalte bis zu 4 Angebote von Fachbetrieben in deiner Region.
- Kostenlos & Unverbindlich inkl. Beratung.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe? – Grundprinzip
Eine Wärmepumpe nutzt Energiequellen wie Luft, Wasser oder Erde. Sie überträgt Wärme von einem kälteren zu einem wärmeren Bereich.
Umweltwärmeaufnahme (1): Die Wärmepumpe entzieht Wärme aus der Umgebung (Luft, Erde oder Wasser) und das Kältemittel verdampft.
Kompression (2): Das gasförmige Kältemittel wird komprimiert, wodurch Druck und Temperatur steigen.
Wärmeverteilung (3): Das heiße Kältemittel gibt seine Wärme im Hausheizungssystem ab und kondensiert wieder.
Expansion (4): Das flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil entspannt, wodurch es abkühlt.
Wärmeaustausch (5): Das abgekühlte Kältemittel nimmt erneut Wärme aus der Umgebung auf und der Zyklus beginnt von vorne.
Kältemittelkreislauf (6): Der Kältemittelkreislauf läuft kontinuierlich, nimmt Wärme auf, komprimiert, gibt Wärme ab, entspannt und beginnt wieder von vorne.
Umkehrung des Kühlschrankprinzips
Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank, aber umgekehrt. Während der Kühlschrank Wärme aus dem Inneren nach außen leitet, zieht die Wärmepumpe Wärme von außen nach innen.
So wird ein Raum geheizt statt gekühlt.
Das Prinzip besteht aus Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen und Entspannen. Das Kältemittel verdampft und nimmt dabei Wärme aus der Umgebung auf. Der Kompressor verdichtet das Gas, wodurch es sich erwärmt.
Danach wird das Gas im Verflüssiger in Flüssigkeit umgewandelt und gibt die gespeicherte Wärme an das Heizsystem ab.
Beim letzten Schritt entspannt sich das Kältemittel wieder im Expansionsventil und der Kreislauf beginnt erneut. Solch ein System nutzt Umweltwärme effizient und spart Energie.
Wärmeübertragung von niedriger zu höherer Temperatur
Eine Wärmepumpe arbeitet umgekehrt wie ein Kühlschrank. Sie nimmt Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser auf. Diese Wärme wird von niedriger Temperatur zu höherer Temperatur übertragen.
Dazu nutzt die Wärmepumpe einen Verdichter.
Der Verdichter erhöht den Druck des Kältemittels. Durch höheren Druck steigt auch die Temperatur des Kältemittels. Dieses warme Kältemittel gibt dann die Wärme an das Heizsystem ab, z.B.
an Heizkörper oder Fußbodenheizung. Das Kältemittel kühlt wieder ab und der Kreisprozess beginnt von Neuem.
Nutzung von Umweltwärme
Nach dem Verständnis, wie das Prinzip eines Kühlschranks umgekehrt wird, erkennen wir die Wichtigkeit der Umweltwärme für eine Wärmepumpenheizung. Wärmepumpen holen sich die benötigte Energie aus der Luft, dem Boden oder dem Wasser.
Diese natürlichen Energieträger sind überall um uns herum und bieten eine unerschöpfliche Quelle für das Heizen unserer Wohnungen. Um diese Energie nutzbar zu machen, wandelt eine Wärmepumpe sie in eine für Heizkörper oder Fußbodenheizungen passende Form um.
Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt stark von der Temperatur der genutzten Wärmequelle ab. Selbst bei niedrigen Außentemperaturen können moderne Wärmepumpen noch effektiv arbeiten.
Sie nutzen dabei fast drei Viertel der Energie aus der Umgebung. Das macht sie zu einem äußerst umweltfreundlichen System im Vergleich zu traditionellen Heizmethoden. Durch den Einsatz von Komponenten wie Verdampfern und Kondensatoren verwandeln sie vorhandene, eher „kalte“ Umgebungswärme in nutzbare, „warme“ Energie zum Heizen des Hauses.
Haupttypen von Wärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpe
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die thermische Energie der Außenluft. Ein Ventilator saugt die Luft an. Auch bei kaltem Wetter kann die Wärmepumpe Wärme gewinnen. Die Temperatur der Energiequelle variiert.
Im Verdampfer wird das Kältemittel gasförmig. Es nimmt die Wärme auf und gibt sie an das Heizsystem ab. Der Kreislauf wiederholt sich, um Heizwärme zu erzeugen. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe spart Strom und ist umweltfreundlich.
- Die Luft wird aus der Außenluft in die Wärmepumpe gesaugt.
- Die Wärmepumpe nimmt die Wärme aus der Luft auf und überträgt diese Wärme über ein Kältemittel an das Wassersystem im Gebäude, wodurch Heizung und warmes Leitungswasser bereitgestellt werden.
- Das von der Wärmepumpe erwärmte Wasser wird im Heizkreislauf zirkuliert und über eine Rohrschlange indirekt durch einen Warmwasserspeicher geleitet, genau wie bei einem herkömmlichen Kesselsystem. Eine ergänzende Option könnte ein integrierter oder separater (elektrischer) Heizkessel für zusätzlichen Warmwasserverbrauch sein.
- Das Warmwasser wird in diesem Speicher gespeichert und steht als heißes Leitungswasser zur Verfügung.
- Das von der Wärmepumpe erwärmte Wasser strahlt die Wärme entweder über Heizkörper oder besser über eine Fußbodenheizung ab und wird dann durch die Pumpe zurückgeführt, um wieder erwärmt zu werden.
Erdwärmepumpe
Im Gegensatz zur Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Erdwärmepumpe die Wärme aus dem Erdreich. Erdsonden oder -kollektoren entziehen dem Boden diese Erdwärme. Die Wärme steigt aus tiefen Erdschichten auf.
Mit dieser Technologie heizt man Gebäude effizient und umweltfreundlich. Auch bei kalten Außentemperaturen bleibt das Erdreich warm genug.
Die Nutzung von Geothermie spart Strom und senkt Kosten. Durch den Einsatz von Erdsonden, die tief in den Boden gebohrt werden, wird die gespeicherte Sonnenenergie im Boden genutzt.
So entsteht eine nachhaltige Wärmeversorgung ohne Verbrennungsprozess oder CO2-Ausstoß.
- Erdkollektor (orange markiert) – Das System nutzt die im Boden gespeicherte Wärme. Ein Erdkollektor sammelt die Wärme aus dem Boden durch im Boden verlegte Rohrleitungen.
- Erdsonde (orange markiert) – Alternativ zum Erdkollektor kann auch eine Erdwärmesonde verwendet werden. Diese wird vertikal in die Erde gebohrt, um die Wärme aus größeren Tiefen zu gewinnen.
- Erdwärmepumpe – Die Erdwärme wird zur Erdwärmepumpe geleitet, die die geringe Wärme aus dem Boden auf ein höheres Temperaturniveau anhebt, das für Heizung und Warmwasser benötigt wird.
- Warmwasserspeicher – Der durch die Erdwärmepumpe erwärmte Kreislauf wird in einem Warmwasserspeicher zwischengespeichert, damit jederzeit Warmwasser im Haus genutzt werden kann.
- Heizung Pufferspeicher – Ein Pufferspeicher wird für das Heizsystem genutzt, um die durch die Erdwärmepumpe erzeugte Wärme zu speichern und bei Bedarf an die Heizkörper oder Fußbodenheizungen im Haus abzugeben.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen Grundwasser, um Heizwärme zu erzeugen. Das Grundwasser bleibt das ganze Jahr über relativ warm. Zwei Brunnen sind nötig: einer zum Fördern des Wassers und einer zum Zurückleiten.
Diese Wärmepumpen gelten als die effizientesten. Sie verbrauchen wenig Strom und liefern viel Nutzwärme. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist hoch, was die Effizienz zeigt. Wärmepumpenheizungen mit Wasser-Wasser-Systemen sind ideal für Flächenheizung und Fußbodenheizung.
- Saugbrunnen – Aus diesem Brunnen wird das Grundwasser entnommen. Das Grundwasser dient als Wärmequelle für die Wärmepumpe.
- Wasser-Wasser Wärmepumpe – Die Wärmepumpe entzieht dem Grundwasser die Wärme und hebt diese auf ein nutzbares Temperaturniveau für Heizung und Warmwasser.
- Pufferspeicher – Die erzeugte Wärme wird im Pufferspeicher zwischengespeichert, um das Haus effizient zu beheizen und bei Bedarf Warmwasser zur Verfügung zu stellen.
- Schluckbrunnen – Nachdem dem Grundwasser die Wärme entzogen wurde, wird es in den Schluckbrunnen zurückgeleitet, wo es wieder in den natürlichen Grundwasserkreislauf einfließt.
Technologie und Funktion
Wärmepumpen nutzen den Aggregatzustand eines Kühlmittels, um Wärme zu übertragen. Verschiedene Technologien wie Adsorptionswärmepumpen und Absorptionswärmepumpen kommen dabei zum Einsatz.
Funktionsweise der Direktverdampfung bei Erdwärmepumpen
Bei der Direktverdampfung nutzt die Erdwärmepumpe das Erdreich als Wärmequelle. Erdsonden oder -kollektoren entziehen dem Boden Wärme. Das Kühlmittel in der Wärmepumpe verdampft direkt im Erdreich.
Dadurch wird die Wärme effizient aufgenommen.
Diese Methode benötigt keine zusätzlichen Wärmetauscher. Das Kühlmittel wechselt seine Aggregatzustände zwischen flüssig und gasförmig. So erfolgt die Wärmeübertragung direkt und verlustarm.
Energie wird dadurch optimal genutzt.
Die Erdwärme nutzt regenerative Energiequellen. Solche Systeme sind umweltfreundlich und nachhaltig. Die Installation von Erdsonden erfordert jedoch eine genaue Planung.
Adsorptions- und Absorptionswärmepumpen
Adsorptionswärmepumpen nutzen poröses Material. Diese Pumpe erhitzt Gas ohne mechanische Verdichtung. Die Funktionsweise erfolgt in zwei Phasen: Adsorption und Desorption. In der Adsorption bindet das Material den Wasserdampf.
In der Desorption gibt das Material die Wärme frei. Diese Technologie spart Strom.
Absorptionswärmepumpen verwenden Flüssigkeiten wie Wasser als Sorptionsmittel. Sie nehmen den Kältemitteldampf auf. Beide Systeme sind umweltfreundlich. Sie brauchen weniger mechanische Teile als Kompressionswärmepumpen.
Dadurch verbrauchen sie auch weniger Energie.
Wärmequellen und ihre Nutzung
Luft, Wasser und Erde bieten verschiedene Wärmequellen. Die richtige Auswahl der Quelle ist entscheidend für die Effizienz der Wärmepumpe.
Luft, Wasser und Erde als Wärmequellen
Luft, Wasser und Erde bieten Wärme für Wärmepumpen. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme der Außenluft. Auch bei niedrigen Temperaturen kann sie die Energie nutzen. Diese Art der Pumpe eignet sich gut für Häuser.
Eine Erdwärmepumpe nutzt die Wärme aus dem Erdreich. Das Prinzip der Geothermie kommt hier ins Spiel. Ein Rohrsystem im Boden sammelt diese Wärme. Diese Pumpe ist sehr effizient.
Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt Grundwasser als Quelle. Dafür braucht man zwei Brunnen. Diese Systeme liefern viel Energie und arbeiten zuverlässig.
Auswahl der geeigneten Wärmequelle
Die Auswahl der Wärmequelle ist entscheidend. Erdwärmepumpen nutzen die Energie aus dem Boden. Diese Quelle ist sehr stabil und effizient. Ein Beispiel ist die Bosch Compress 7800i LW.
Sie arbeitet besonders gut mit Fußbodenheizungen.
Luftwärmepumpen, wie die Bosch Compress 7400i AW, entziehen der Luft Energie. Diese Pumpen sind einfacher zu installieren. Wasser-Wasser-Wärmepumpen verwenden Grundwasser. Diese Methode hat eine hohe Effizienz, wenn Wasser in ausreichender Menge vorhanden ist.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe? 4 Hauptkomponenten
Eine Wärmepumpe besteht aus mehreren wichtigen Bauteilen, die gemeinsam arbeiten, um Wärme von einem Ort zum anderen zu bewegen. Diese Komponenten verwandeln Umweltenergie in nutzbare Wärme für dein Zuhause.
Verdampfer
Im Verdampfer findet ein wichtiger Schritt statt: Das Kältemittel nimmt Wärmeenergie aus der Umwelt auf. Dieser Prozess verwandelt das Kältemittel von einer flüssigen in eine gasförmige Form.
Durch diese Umwandlung kann die Wärmepumpe Umgebungswärme nutzen, um Gebäude zu heizen oder Brauchwasser zu erwärmen.
Der Verdampfer spielt eine zentrale Rolle im geschlossenen Kreislauf der Wärmepumpe. Ohne ihn könnte die Wärmepumpe die Energie nicht aufnehmen, die sie zum Heizen benötigt. Die Aufnahme dieser Umweltwärme ist effizient und hilft, den Energieverbrauch zu reduzieren.
So trägt der Verdampfer dazu bei, Gebäude nachhaltig und kostengünstig mit Wärme zu versorgen.
Kompressor
Nachdem das gasförmige Kältemittel im Verdampfer Wärme aus der Umgebung aufgenommen hat, gelangt es in den Kompressor. Dieser spielt eine zentrale Rolle in der Wärmepumpe, indem er das Kältemittel verdichtet.
Durch die Verdichtung steigt die Temperatur des Kältemittels stark an. Diese Erhöhung der Temperatur ist entscheidend, da sie es ermöglicht, die aufgenommene Wärme in einem höheren Temperaturniveau für Heizzwecke nutzbar zu machen.
Der Kompressor verwandelt so die Energie aus der Umwelt in hochwertige, nutzbare Heizenergie. Ohne ihn könnte die Wärmepumpe die gesammelte Umweltwärme nicht effektiv an das Heizsystem abgeben.
Er sorgt dafür, dass das nun heiße Kältemittel zum nächsten Schritt des Prozesses geleitet wird, wo es seine Wärme abgeben kann, bevor es wieder entspannt wird und erneut Wärme aufnimmt.
Der Kompressor ist das Herz einer Wärmepumpe: Er erhöht den Druck und damit die Temperatur des Kältemittels, wodurch Umweltwärme in nutzbare Heizenergie umgewandelt wird.
Kondensator
Im Kondensator geschieht etwas Wichtiges: er verwandelt das Gas zurück in eine Flüssigkeit. Dieser Schritt ist entscheidend, weil dabei Wärme an das Heizsystem des Hauses abgegeben wird.
Diese Wärme kommt von der zuvor aufgenommenen Umgebungswärmt und wird durch den Verflüssigungsprozess im Kondensator freigesetzt. So trägt der Kondensator dazu bei, dass das Zuhause warm bleibt.
Der Kondensator spielt also eine große Rolle in der Funktionsweise einer Wärmepumpe. Ohne ihn könnte die gesammelte Wärme nicht effektiv an das Heizsystem übertragen werden. Er macht aus der Wärmepumpe erst ein wirksames Mittel, um Energie aus der Umgebung zu nutzen und in nutzbare Heizwärme umzuwandeln.
Expansionsventil
Das Expansionsventil spielt eine wichtige Rolle in der Funktionsweise einer Wärmepumpe. Es senkt den Druck des flüssigen Kältemittels. Durch diese Drucksenkung kann das Kältemittel erneut Wärme aus der Umgebung aufnehmen.
Dies ist ein entscheidender Schritt im Kreislauf einer Wärmepumpe, der es ermöglicht, dass die Umweltwärme effektiv genutzt wird.
Nachdem das Kältemittel durch das Expansionsventil entspannt wurde, fließt es zurück zum Verdampfer. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme auf und startet den Zyklus von neuem.
Diese kontinuierliche Bewegung des Kältemittels durch die Hauptkomponenten einer Wärmepumpe sorgt für die Heizung oder Kühlung eines Gebäudes. Nun folgt die Betrachtung verschiedener Typen von Wärmepumpen.
Betrieb und Effizienz
Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe hängt von vielen Faktoren ab, wie der gewählten Wärmequelle und den klimatischen Bedingungen. Voraussetzung für einen effizienten Betrieb ist die richtige Dimensionierung des Systems und regelmäßige Wartung, um eine hohe Jahresarbeitszahl (JAZ) zu erreichen.
Stromverbrauch und Wirtschaftlichkeit
Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe hängt von verschiedenen Faktoren ab. Eine Beispielrechnung zeigt den jährlichen Stromverbrauch:
| Heizleistung | Jährlicher Stromverbrauch |
|---|---|
| 10.000 kWh | 2.643 kWh |
Effizienz wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) bestimmt. Eine höhere JAZ bedeutet eine energieeffizientere Wärmepumpe.
| JAZ | Effizienz |
|---|---|
| 3,8 | hoch |
| 2,5 | niedrig |
Ein niedriger Stromverbrauch macht die Wärmepumpe wirtschaftlicher. Die Auswahl der Wärmequelle beeinflusst die Kosten. Erde und Wasser als Quellen sind oft effizienter als Luft.
Voraussetzungen für effizienten Betrieb:
| Faktor | Bedeutung |
|---|---|
| Isolation des Hauses | Hoch |
| Dimensionierung | Richtig |
Eine gut isolierte Wohnung und die richtige Dimensionierung der Wärmepumpe erhöhen die Effizienz.
Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb
Eine Wärmepumpe kann sehr effizient arbeiten. Dafür müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein.
Niedrige Heizwassertemperaturen:
- Fußbodenheizungen sind ideal.
- Sie arbeiten bei niedrigen Temperaturen.
- Dies steigert die Effizienz der Wärmepumpe.
Gute Isolierung:
- Das Haus muss gut isoliert sein.
- Weniger Wärme geht verloren.
- Weniger Energie ist nötig, um es warm zu halten.
Richtige Dimensionierung:
- Die Größe der Wärmepumpe muss passen.
- Zu große oder kleine Pumpen arbeiten weniger effizient.
Wartung und Pflege:
- Regelmäßige Wartung ist wichtig.
- Filter und Ventilatoren sollten sauber sein.
Schlussfolgerung
Wärmepumpen nutzen die Energie aus der Umwelt. Sie heizen Häuser und machen warmes Wasser. Sie arbeiten wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt. Moderne Wärmepumpen sind grüner und sparen Strom.
Sie holen die meiste Wärme aus Luft, Erde oder Wasser.
Häufig gestellte Fragen
Eine Wärmepumpe nutzt Abwärme aus der Umgebung. Sie verwendet einen Wärmeübertrager, um die Wärme auf ein Kältemittel zu übertragen, das dann verdampft. Dieses gasförmige Kältemittel wird durch ein Drosselventil geleitet und kondensiert im Kondensator, wodurch Wärme freigesetzt wird.
Luft-Luft-Wärmepumpen heizen und kühlen Räume, indem sie Wärme aus der Luft nutzen. Klimaanlagen kühlen hauptsächlich und entziehen Feuchtigkeit aus der Luft.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) misst die Effizienz einer Wärmepumpe über ein Jahr. Sie zeigt das Verhältnis von erzeugter Wärme zu verbrauchter Energie.
Wärmepumpen nutzen erneuerbare Energien und reduzieren den Einsatz von fossilen Brennstoffen. Sie tragen zur Wärmewende bei und unterstützen das Erneuerbare-Energien-Gesetz.
Ja, viele Wärmepumpen sind reversibel und können Räume sowohl heizen als auch kühlen. Dies nennt man Active Cooling.
Ein Warmwasserspeicher speichert die erzeugte Wärme und verteilt sie bei Bedarf im Haus. Er verbessert die Effizienz der Wärmeverteilung und sorgt für kontinuierliche Versorgung mit warmem Wasser.
✍️ Geschrieben von:
Sebastian, ein erfahrener Experte mit über zehn Jahren Erfahrung im Bereich Wärmepumpen und erneuerbarer Energien, war früher selbständiger Heizungsbauer. Mit seinem fundierten Wissen über Wärmepumpentechnologie und praktischer Erfahrung bietet er wertvolle Einblicke und praxisnahe Ratschläge. Seine Expertise erstreckt sich auf die Planung und Umsetzung von Wärmepumpenanlagen sowie auf das Verständnis für aktuelle Trends und Entwicklungen im Bereich erneuerbarer Energien.
