Am sogenannten Verdampfer geht die Umweltwärme auf ein flüssiges Kältemittel über, das aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften schon bei niedrigen Temperaturen verdampft.
Funktion der Wärmepumpe einfach erklärt
Beratung anfordernDie Wärmepumpe gewinnt die Energie zum Heizen aus der Umgebung. Aus diesem Grund wird sie auch als Umweltheizung bezeichnet. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich? Das Prinzip ähnelt dem eines Kühlschranks – nur umgekehrt. Während ein Kühlschrank den Lebensmitteln, also dem Innenraum des Kühlschranks, Wärmeenergie entzieht und diese nach außen leitet, macht eine Wärmepumpe das Gegenteil. Sie entzieht der Umgebung außerhalb des Gebäudes Wärmeenergie und macht sie für die Beheizung des Innenbereichs nutzbar. Neben der Raum- beziehungsweise Außenluft ist eine Wärmepumpe in der Lage, die Wärmeenergie aus dem Grundwasser und dem Erdreich anzuzapfen.
Aufbau und Funktionsprinzip der Wärmepumpe
Unabhängig von der erschlossenen Umweltenergiequelle besteht das Wärmepumpensystem aus drei Teilen:
Wärmequellenanlage: Entzieht der Umgebung Energie
Wärmepumpe: Macht Umweltwärme nutzbar
Wärmeverteil- und Speichersystem: Verteilt und speichert Wärme im Gebäude
Nur im Zusammenspiel ermöglichen die Bestandteile einer Wärmepumpe die Nutzung von Umweltenergie. Der Prozess beginnt mit der Wärmequellenanlage. Bei Erdwärmepumpen zirkuliert hier ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel – die Sole, die sich erwärmt. Luft-Wasser-Wärmepumpen saugen hingegen die Außenluft über einen Ventilator an. Sole beziehungsweise Außenluft gelangen im Anschluss zur eigentlichen Wärmepumpe. Im sogenannten Kältekreisprozess hebt diese das Temperaturniveau an, bevor die Heizwärme auf das Verteilsystem aus Flächenheizung oder Heizkörper übergeht beziehungsweise in einem Puffer- oder Warmwasserspeicher zwischengespeichert wird.
Kältekreisprozess Kern des Wärmepumpenprinzips
Weil die Temperatur der gewonnenen Wärme in der Regel nicht ausreicht, um ein Gebäude oder das Warmwasser zu erwärmen, ist bei der Funktionsweise der Wärmepumpe ein thermodynamischer Prozess notwendig. Der bereits erwähnte Kältekreisprozess erfolgt in vier Schritten und wiederholt sich stetig:
Ein strombetriebener Kompressor, der als Verdichter bezeichnet wird, saugt den Kältemitteldampf an und presst diesen zusammen. Durch den Druckanstieg erhöht sich auch die Temperatur. Beobachten lässt sich das Prinzip nicht nur bei der Funktion der Wärmepumpe. Wird bei einer Fahrradluftpumpe die Öffnung zugehalten und die Luft zusammengedrückt, erwärmt sich der Zylinder der Luftpumpe.
Am Verflüssiger wird die Wärme des heißen Kältemitteldampfes auf das Wärmeverteilsystem übertragen. Da das Kältemittel Energie abgibt, kühlt es sich ab.
Das sogenannte Expansions- oder Entspannungsventil reduziert den Druck des Kältemittels. Dadurch geht es wieder in seinen Ausgangszustand über und der Wärmepumpenprozess kann von Neuem beginnen. Das Prinzip kann man zum Beispiel auch bei einer Flüssiggasflasche beobachten. Wird das Ventil geöffnet, kann es selbst im Sommer zur Eisbildung an dem Ventil kommen.
Kältemittel essenziell für Funktionsweis der Wärmepumpe
Damit die Wärmepumpe ihre Funktion erfüllen kann, ist ein Kältemittel notwendig. Wichtiges Merkmal ist der tiefe Siedepunkt, durch den die Flüssigkeit schon bei niedrigen Temperaturen von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Dafür reichen sogar Temperaturen von minus 20 Grad Celsius aus. Deshalb funktioniert die Wärmepumpe auch im Winter bei niedrigen Außentemperaturen. Die Viessmann Wärmepumpen der neuesten Generation nutzen das natürliche Kältemittel Propan (R290), das bezüglich seiner Eigenschaften klassischen Kältemitteln in nichts nachsteht.
Einfach erklärt: Prinzip der Wärmepumpe
Hinweise zur Funktionsweise
Wie funktionieren Wärmepumpen im Winter und was ist bei Wärmepumpenstrom zu beachten? Erfahren Sie mehr Details über Betrieb und Funktion der Wärmepumpe.
Die Kompression benötigt elektrischen Strom
Ein wesentlicher Bestandteil des Kältekreises ist der Verdichter. Denn die Ausgangstemperaturen sind ohne Komprimierung zu niedrig, um ein Gebäude auf eine angenehme Temperatur erwärmen zu können - erst recht an sehr kalten Tagen mit zweistelligen Minusgraden. In der Praxis kommen verschiedene Verdichter zum Einsatz, darunter Kolbenverdichter oder Scrollverdichter, die elektrisch angetrieben werden. Der Stromverbrauch der Wärmepumpe für die Verdichtung hängt von vielen Faktoren ab. Dazu gehören der Heizbedarf, die Verdichtertechnik und nicht zuletzt der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und dem Heizungssystem. Grundsätzlich gilt: Je höher die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Vorlauftemperatur ist, desto mehr muss der Verdichter arbeiten.
Stromtarife für die Wärmepumpe vergleichen
In der Regel basiert die Funktion der Wärmepumpe auf Strom. Viele Energieversorger bieten Wärmepumpentarife mit speziellen Konditionen für Besitzer von Wärmepumpen an. Diese können günstiger als herkömmlicher Haushaltsstrom sein, sind jedoch an gewisse Voraussetzungen gebunden. Der Stromversorger ist beispielsweise dazu berechtigt, die Wärmepumpe in sogenannten Sperrzeiten von der Stromversorgung zu trennen. Zudem wird ein zusätzlicher Stromzähler für den Wärmepumpenstrom benötigt. Ob ein solcher Tarif infrage kommt und günstiger ist, sollte daher eingangs geprüft werden. Zu berücksichtigen ist jedoch: Stammt der Strom aus erneuerbaren Energien, lässt sich die Ökobilanz einer Wärmepumpe noch verbessern.
Wärmeversorgung auch im Winter gesichert
Auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen ist die Funktionsweise der Wärmepumpe zuverlässig. Besonders effizient erfolgt die Wärmeversorgung mit Wasser- Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen. Denn im Erdboden und im Grundwasser herrschen ganzjährig konstante Temperaturen. Aber auch Luft-Wasser-Wärmepumpen laufen bei zweistelligen Minusgraden. Bei extremen Außentemperaturen unterstützt vorübergehend ein elektrischer Heizstab – wenn notwendig.
Funktion der Wärmepumpe zum Kühlen umkehren
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist reversibel. Aus diesem Grund lassen sich Räume nicht nur beheizen, sondern auch kühlen – wenn die technischen Voraussetzungen gegeben sind. Zu unterscheiden sind Natural und Active Cooling. Während beim Letzteren die Funktion der Wärmepumpe aktiv umgekehrt wird, bleibt diese bei der passiven oder natürlichen Kühlung ausgeschaltet.
Förderung der Wärmepumpe
Das Heizen mit Wärmepumpen sichert nicht nur dauerhaft niedrige Heizkosten. Fossile Energieträger wie Erdgas oder Erdöl müssen nicht mehr verbrannt werden, wodurch der CO₂-Ausstoß stagniert. Anlagenbesitzer leisten mit dem Kauf und dem Betrieb einer Wärmepumpe somit auch einen Beitrag zum Klimaschutz. Aus diesem Grund fördert der Staat die Investition in das regenerative Heizsystem. Ausführliche Informationen zu Fördersätzen und -voraussetzungen finden Sie im Abschnitt Förderung der Wärmepumpe.
Hinweis zur Fördermittelabfrage: Die über die Online-Anfrage veröffentlichten Informationen und Angaben sind mit Sorgfalt zusammengestellt. Für die Fehlerfreiheit und Vollständigkeit der Angaben kann jedoch keine Gewähr übernommen werden. Allein maßgeblich sind die jeweils gültigen Gesetze, Verordnungen und Richtlinien - rechtsverbindliche Angaben erhalten Sie bei den jeweils genannten Institutionen. Ein Rechtsanspruch auf Förderung besteht nicht. Ausnahmen können sich aus gesetzlichen Regelungen ergeben wie z.B. für die Einspeisevergütung über das Erneuerbare-Energien-Gesetz und das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz. Bewilligungen werden im Übrigen ausschließlich im Rahmen der zur Verfügung stehenden Haushaltsmittel von der jeweiligen Bewilligungsstelle erteilt.