Jeder der im Winter lüftet nutzt das physikalische Prinzip, dass Wärme sich immer entlang eines Temperaturgefälles bewegt, von Wärmeren zum Kälteren. Diese scheinbar unumstößliche Bewegung, wird durch eine Wärmepumpe umgekehrt. Eine Wärmepumpe verschiebt Wärme vom Kalten ins Wärmere. Das der Wärmepumpe zugrunde liegende Wirkprinzip ist in 99,9% aller Haushalte in Deutschland bekannt und nennt sich Kühlschrank. Bei der Nutzung der Wärmepumpe für die Gebäudeheizung wird die Wirkungsweise nur umgekehrt. Während beim Kühlschrank dem Innenraum die Wärme entzogen wird und nach außen abgegeben wird, passiert beim Heizprozess das genau Gegenteil: Der Umgebung wird Wärme entnommen, die in den geschlossenen Raum eingeführt wird. Das der Wärmepumpe zugrunde liegende physikalische Prinzip, wird als Joule-Thomson-Effekt bezeichnet. Übrigens kann eine Wärmepumpe zum Beispiel in Verbindung mit einer Fußbodenheizung auch ein Gebäude kühlen und ist daher das Schweizer Messer der Wärmewende.
Das diese Umkehrung des Wirkprinzips sicher funktioniert, können alle die bestätigen, die eine elektrische betriebene Kühlbox ihr Eigen nennen. Meistens ist es möglich mit den Boxen sowohl Lebensmittel zu kühlen als auch zu erwärmen.
Wärmepumpen sind klimaschonend, denn ca. 75% der bereit gestellten Heizenergie beziehen sie aus der Umwelt. Die verbleibenden 25% sind der Betriebsstrom der Wärmepumpe für Antrieb und Pumpe. Wird dieser Betriebsstrom regenerativ erzeugt, belastet der Betrieb eine Wärmepumpe nicht unsere Umwelt. Wärmequellen für Wärmepumpen sind Luft, Erdreich und Grundwasser. Je nach Wärmequelle unterscheiden sich die rechtlichen Vorgaben für den Betrieb und die Betriebskosten einer Wärmepumpe. Je energiehaltiger die Wärmequelle, desto höher ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe und entsprechend geringer sind die Betriebskosten im Verhältnis zur erzeugten Wärme.
DIE TECHNIK
Eine Heizungsanlage mit Wärmepumpe besteht aus drei Teilen:
- der Wärmequellenanlage, die der Umgebung (Luft, Erdreich, Grundwasser) die notwendige Energie entzieht und
- der eigentlichen Wärmepumpe, die die gewonnene Umweltwärme nutzbar macht und
- diese an Wärmeverteil- und Speichersystem abgibt, das die Wärmeenergie im Haus verteilt oder zwischenspeichert.
Zu den Elementen der Anlage
Wärmequellenanlage
Eine Luftwärmepumpe saugt mit Hilfe eines Ventilators Außenluft an und führt diese der Wärmepumpe zu. Bei den Wärmequellen Erdreich und Grundwasser zirkuliert in der Wärmequellenanlage zirkuliert eine mit Frostschutzmittel versetzte Flüssigkeit, die die Umweltwärme, aus dem Erdreich oder dem Grundwasser aufnimmt und zur Wärmepumpe leitet
Wärmepumpe
In der Wärmepumpe befindet sich ein eigener Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. In Wärmetauscher der Pumpe – dem Verdampfer – wird die Energie aus der Wärmequellenanlage oder der Außenluft auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Im nächsten Schritt wird der Kältemitteldampf zu einem Verdichter/Kompressor weitergeleitet, wodurch das gasförmigen Kältemittels, heißer wird. Dieses nunmehr unter hohem Druck stehende Kältemittelgas wird in den so genannten Verflüssiger weitergeleitet. Im Verdampfer kondensiert das heiße Kältemittelgas und gibt dabei seine Wärme wieder ab. Das jetzt wieder das flüssige Kältemittel wird dann in eine Drossel geleitet, die eine Druckminderung des Kältemittels bewirkt. Das nunmehr wieder flüssige Kältemittel erreicht nunmehr wieder den Verdampfer.
Wärmeverteil- und Speichersystem
Das Wärmeverteil- und Speichersystem im Gebäude nimmt über das Heizmedium Wasser die Wärme auf, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt und verteilt diese im Gebäude auf oder leitet sie zu einem Heizungspuffer- bzw. Warmwasserspeicher.
GRUNDPRINZIP DER WÄRMEPUMPE SEIT 200 JAHREN BEKANNT
Im Jahr 1824 veröffentlichte der Franzose Nicolas Carnot erste
Die Entwicklung der Wärmepumpentechnologie geht bis ins 19. Jahrhundert zurück: Der Franzose Nicolas Carnot veröffentlichte 1824 erste Prämissen zum Wärmepumpenprinzip.
Eine der ersten großen Wärmepumpen erhielt das Züricher Rathaus 1938. Das hatte noch einen simplen Grund: Bis dahin wurden die Räume des ehrwürdigen Baus einzeln mit Holzöfen beheizt. Um diese durch eine zentrale Kohleheizung zu ersetzen, fehlte der Platz für die Lagerung des Brennstoffs. Das Rathaus steht im Fluss Limmat und hat keinen Keller. Also entwickelte Escher Wyss eine energieeffiziente Lösung mit einer Wärmepumpe. Als Wärmequelle diente und dient noch heute das Wasser der Limmat mit einer mittleren Temperatur von 7 Grad während der Heizperiode. Als Novum für ganz Europa konnte die Anlage im Sommer auch zur Kühlung eingesetzt werden. Die erste Wärmepumpe in Deutschland wurde im Jahr 1969 von Klemens Oskar Waterkotte in Betrieb genommen.
Die Technik wird ständig weiterentwickelt. Wärmepumpen sind eine zuverlässige Wärmequelle für Heizung und Warmwasser.
