Funktionsweise von Wärmepumpen
So einfach geht effizientes Heizen
Als umweltfreundliche Heiz- und Kühllösung tragen Wärmepumpen dazu bei, Heizkosten sowie klimaschädliche CO2-Emissionen zu senken – und so den ökologischen Fußabdruck zu verkleinern. Das Prinzip hinter der Heiztechnik ist so einfach wie effizient: Es lautet „aus Umweltwärme wird Heizwärme“. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe genau?
Im Überblick
- Wärmepumpen als umweltfreundliche Heiz- und Kühllösung: Sie reduzieren CO₂-Emissionen und Heizkosten, indem sie Energie aus der Umwelt nutzbar machen.
- Funktionsprinzip: Umweltenergie (Luft, Erde, Wasser) + geringe Menge Strom = Heizwärme. Mit 20 % elektrischer Energie und 80 % Umweltenergie werden 100 % Heizleistung erzeugt.
- COP-Wert als Effizienzmaßstab: Zeigt das Verhältnis von eingesetzter elektrischer Leistung zu abgegebener Wärme an. Je höher, desto effizienter.
- Funktionsweise der Wärmepumpe: Wärmeaufnahme (Luft, Erde, Wasser), Verdichtung durch Kompression des Kältemittels und Wärmeabgabe ans Heizsystem.
- Kältemittelkreislauf: Kältemittel verdampft, wird komprimiert und gibt Wärme ab, dann verflüssigt es sich wieder.
- Flexibler Einsatz: Sorgt an kalten Tagen für ausreichend Wärme und kann im Sommer auch kühlen; Betriebsweisen wie monovalent, bivalent, monoenergetisch und modulierend möglich.
Das Prinzip der Wärmepumpe: Energie der Umgebung + Strom = Heizwärme
Direkt vor unserer Haustür sind kostenlose Energieträger verfügbar: Im Erdreich, in der Luft oder im Grundwasser ist Wärme gespeichert. Darauf baut das Prinzip der Wärmepumpe auf, denn sie macht diese Umweltenergie fürs Heizen in den eigenen vier Wänden oder für die Warmwassererzeugung nutzbar.
Für die Umwandlung in Heizenergie nutzt die Wärmepumpe elektrischen Strom – aber nur eine sehr geringe Menge, wie eine vereinfachte Rechnung zeigt: Mit 20 Prozent elektrischer „Hilfsenergie“ und 80 Prozent kostenloser Energie aus der Umwelt erzeugen effiziente Wärmepumpen, wie die neuen x-change dynamic pro Modelle, 100 Prozent Heizenergie.
Mehr über das Verhältnis von aufgenommener elektrischer Leistung zu abgegebener Wärmeleistung verrät Ihnen der COP-Wert. Je höher der Wert, desto effizienter die Wärmepumpe.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Die Funktionsweise einer Wärmpumpe ist einfach erklärt: Bildlich gesprochen arbeitet eine Wärmepumpe wie ein lange bewährtes Haushaltsgerät, der Kühlschrank – nur umgekehrt:
- Ein Kühlschrank entzieht seinem Inhalt Wärme und gibt sie an der Geräterückseite nach außen ab.
- Eine Wärmepumpe nimmt Energie aus dem Außenbereich auf und gibt sie in die Räume ab.
Funktionsweise der Wärmepumpe in drei Schritten
Kältemittelkreislauf: Was passiert in der Wärmepumpe?
Die eigentliche Funktionsweise von Wärmepumpen beruht auf einem Kältemittelkreislauf, der innerhalb der Wärmepumpe stattfindet. Was passiert im Detail?
- Die thermische Energie trifft auf ein umweltfreundliches Kältemittel. Durch die Erwärmung verdampft es und dehnt sich aus.
- Unter Druck wird das verdampfte Kältemittel anschließend im Verdichter komprimiert. Dadurch erhöht sich die Temperatur.
- Über einen Wärmetauscher gibt der heiße Dampf seine Wärme an das Heizsystem ab. So kühlt das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder.
- Schließlich fließt das flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil, wodurch der Druck sinkt und es weiter abkühlt.
Nun kann der Vorgang von vorne beginnen.
Extra Tipp: Kühlen mit Wärmepumpe
Das Prinzip der Wärmepumpe lässt sich übrigens auch umkehren. Dann läuft der Betrieb in umgekehrter Richtung ab - und die Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank. Statt Wärme in die Räume zu bringen, entzieht sie ihnen Wärme, um das Hausinnere angenehm zu kühlen.
Durch diese aktive Kühlfunktion – bei den x-change dynamic pro Wärmepumpen serienmäßig integriert – profitieren Sie zu jeder Jahreszeit von Wohlfühltemperaturen und können sich die zusätzliche Investition in eine Klimaanlage sparen.
Funktioniert das Wärmepumpen-Prinzip auch im Winter?
Im Erdreich und im Grundwasser herrschen relativ konstante Temperaturen. Je nach Tiefe liegen sie im Winter wie im Sommer um die 10 Grad Celsius. Bei der Nutzung dieser Energiequellen arbeitet die Wärmepumpe somit zu jeder Jahreszeit effizient.
Luftwärmepumpen hingegen sind in ihrer Funktionsweise abhängig von der Außentemperatur. Aber auch wenn Minusgrade herrschen, funktioniert das Prinzip der Wärmepumpe. Das verdampfte Kältemittel muss dann lediglich stärker komprimiert werden, um das nötige Temperaturniveau zu erreichen.
Unterschiedliche Betriebsweisen
Fachbegriffe der Wärmepumpen-Funktion einfach erklärt
- Monovalente Wärmepumpe: Die Wärmepumpe agiert als einzige Wärmequelle. Das ist am leichtesten in Niedrigenergiehäusern bzw. in Neubauten zu realisieren, die über eine sehr gute Wärmedämmung verfügen.
- Bivalenter Betrieb: Die Wärmepumpe wird von einem weiteren Wärmeerzeuger unterstützt. So lässt sich die Wärmepumpenheizung etwa durch die Kombination mit einer thermischen Solaranlage zur Erzeugung von Warmwasser entlasten.
- Monoenergetischer Betrieb: Die elektrische Wärmepumpe wird an sehr kalten Tagen durch eine ebenfalls elektrische Zusatzheizung – meist ein Heizstab – unterstützt.
- Modulierende Wärmepumpe: Die Wärmepumpe läuft nur auf Hochtouren, wenn es absolut notwendig ist – und das betrifft meist nur wenige Tage im Jahr. So arbeitet sie besonders effizient.
FAQ
Wie funktioniert eine Wärmepumpe einfach erklärt?
Wie gut funktioniert eine Wärmepumpe im kalten Winter?
Funktioniert eine Wärmepumpe als Klimaanlage und Heizung?
Bei welcher Temperatur funktioniert eine Luftwärmepumpe?