Funktionsweise der Wärmepumpe einfach erklärt
Die Wärmepumpentechnik gilt als hoch effizient, energiesparend und nachhaltig. Wir erklären Ihnen kurz und knapp, wie eine Wärmepumpe arbeitet und aufgebaut ist, durchleuchten ihr schematisches Funktionsprinzip und veranschaulichen, wie die unterschiedlichen Wärmepumpenarten funktionieren.
Was ist eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpenheizung ist ein umweltfreundliches Heizsystem, das durch effiziente Technologie die Energie aus der Umwelt für Heizung und Warmwasser nutzbar macht.
Wie funktioniert eine Wärmepumpenheizung?
Eine Wärmepumpe zieht Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser, macht die gewonnene Wärme nutzbar für Heizung und Warmwasser und transportiert diese in die Wohnräume. Das Funktionsschema jeder Wärmepumpenart läuft gleich ab, auch wenn sich die Energiequelle unterscheidet.
Die Wärmepumpentechnik basiert schematisch auf demselben Prinzip wie ein Kühlschrank. Der Unterschied ist, dass das Gerät nicht Kälte, sondern Wärme erzeugt. Der Kühlschrank entzieht seinem Innenraum die Wärme und leitet diese nach draußen ab, um die Lebensmittel zu kühlen. Umgekehrt entzieht die Wärmepumpe der Umgebung außerhalb des Hauses die Wärme und beheizt damit Ihre Wohnräume.
Das nachfolgende Video erklärt das Funktionsprinzip der Wärmepumpe leicht verständlich anhand einer Animation:
Aufbau der Wärmepumpen-Heizungsanlage
Die Wärmepumpen-Heizungsanlage setzt sich aus drei Teilen zusammen:
- Die Wärmequelle (Luft, Erde, Grundwasser) entzieht die Energie aus der Umgebung.
- Die Wärmepumpe macht die gewonnene Umweltwärme mittels Wärmepumpen-Technologie nutzbar.
- Das Wärmeverteil- und Speichersystem speichert die Wärme und verteilt diese in die Wohnräume.
Wie das Wärmepumpenprinzip funktioniert
Im Inneren der Wärmepumpe läuft ein geschlossener Kreisprozess aus vier Schritten mithilfe einer im Kreislauf gepumpten Flüssigkeit ab. Daher stammt der Ausdruck „pumpen” bei einer Wärmepumpe.
- Verdampfen: Der Verdampfer nimmt die Umweltwärme auf und überträgt diese auf ein flüssiges Kältemittel, wodurch dieses verdampft und gasförmig wird. Ein Kältemittel wird für die Aufnahme und den Transport der Wärmeenergie benötigt.
- Verdichten: Ein Kompressor, auch Verdichter genannt, drückt das gasförmige Kältemittel zusammen, wodurch sich die Temperatur stark erhöht. Bei einer Wärmepumpe mit Inverter passt sich die Kompressorleistung sogar flexibel an den jeweiligen Bedarf an. Der Kompressor wird durch Strom angetrieben. Je höher der Temperaturunterschied zwischen der Energiequelle und der benötigten Nutzwärme ist, desto höher fällt der Stromverbrauch einer Wärmepumpe aus.
- Verflüssigen: Im dritten Schritt überträgt das komprimierte, erhitzte Kältemittel seine Wärme auf den Heizungskreislauf, kühlt dadurch ab und verflüssigt sich wieder. Dies passiert am Kondensator, dem sogenannten Verflüssiger, mithilfe eines Wärmetauschers. Anschließend speichert das System die Wärme im Warmwasser- und Pufferspeicher der Wärmepumpe.
- Entspannen: Im letzten Schritt setzt die Wärmepumpe den Druck des flüssigen Kältemittels in einem Expansions- beziehungsweise Entspannungsventil wieder herab, wodurch es weiter abkühlt bis es seine Ausgangstemperatur erreicht hat. Danach beginnt der Wärmepumpenkreislauf von Neuem.
Beispiel I: Funktion einer Luft-Wasser-Wärmepumpe
Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe dient die thermische Energie der Außenluft als Wärmequelle. Die Wärmepumpe erschließt die Luft durch bloßes Aufstellen des Gerätes und erfordert somit einen geringen baulichen Aufwand. Die Außeneinheit einer Luftwärmepumpe saugt die Umgebungsluft durch einen Ventilator an.
Da die Lufttemperatur nicht konstant ist, sondern sich mit der Jahreszeit verändert, entstehen Temperaturunterschiede, die das Wärmepumpensystem ausgleichen muss. Je kälter die angesaugte Außenluft ist, desto stärker muss das Kältemittel erhitzt werden, damit das Heizungswasser die benötigte Vorlauftemperatur erreicht.
Luft-Wasser-Wärmepumpen sind die einzige Wärmepumpenart, die es in zwei Bauformen gibt. Monoblock-Wärmepumpen unterscheiden sich von Split-Wärmepumpen dahingehend, dass der Kältekreislauf geschlossen in einer Einheit stattfindet und nicht in zwei separierten Einheiten.
Eine Alternative zum Heizen stellen fest installierte Split-Klimaanlagen dar, die auch Luft-Luftwärmepumpen sind. Ein reversibler Kältemittelkreislauf ermöglicht den Vorgang. Ähnlich funktioniert auch das Kühlen mit einer Wärmepumpe.
Eine Brauchwasserwärmepumpe nutzt ebenfalls die Luft als Wärmequelle. Allerdings nicht die Außenluft, sondern die bereits vorhandene warme Raumluft im Gebäude. Mit dieser Abwärme technischer Anlagen ist es möglich, das Warmwasser im Haus bereitzustellen. Deshalb spricht man auch von einer Warmwasser-Wärmepumpe. Das Heizen funktioniert mit diesen Geräten nicht.
Beispiel II: Wie funktioniert eine Erdwärmepumpe?
Die Funktionsweise einer Erdwärmepumpe basiert auf dem Prinzip der Geothermie. Darunter versteht man die Nutzung der im oberen Teil des Erdbodens gespeicherten Wärme. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt die thermische Energie aus dem Erdreich als Wärmequelle. Der Begriff "Sole-Wasser" deutet darauf hin, dass die Wärmeübertragung von der Erde auf die Flüssigkeit in der Wärmepumpe stattfindet.
Erdkollektoren oder Erdsonden ermöglichen die Funktion einer Sole-Wasser-Wärmepumpe. Sie entziehen dem Untergrund Wärme und wandeln diese im Wärmepumpen-Kreisprozess in nutzbare Energie zum Heizen und zur Warmwasserbereitung um. Zur Erschließung der Erdwärme sind Erdarbeiten oder Tiefbohrungen notwendig. Je nachdem wie tief die Bohrung ist, erschließt die Erdwärmepumpe die oberflächennahe Wärme oder Tiefenwärme.
Im Erdreich herrscht das ganze Jahr über eine relativ konstante Bodentemperatur. Dadurch arbeitet die Erdwärmepumpe sogar noch effizienter als Luftwärmepumpen und erreicht eine hohe Jahresarbeitszahl.
Beispiel III: Funktion einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe, auch Grundwasserwärmepumpe genannt, nutzt die thermische Energie aus dem Grundwasser als Wärmequelle. Zur Funktion benötigt diese zwei Brunnen: Einen Saugbrunnen, der das Grundwasser entnimmt, und einen Schluckbrunnen, der das genutzte Wasser wieder ins Erdreich abgibt. Im Grundwasser herrschen konstant hohe Temperaturen. Daher gilt die Grundwasserwärmepumpe als die effizienteste Wärmepumpe.
Bosch – Ihr starker Partner für Wärmepumpen
- Herausragende Innovationskraft
- Hohe Qualitäts- und Sicherheitsstandards
- 5 Jahre-Systemgarantie
- Über 100 Jahre Kompetenz im Bereich Thermotechnik
- Attraktive Fördermöglichkeiten
Bosch ist Ihr smarter Partner für umweltfreundliche und effiziente Heizsysteme.
Sichern Sie sich jetzt Ihre neue Bosch Wärmepumpe!
Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Winter?
Trotz niedrigerer Außentemperaturen funktioniert eine Wärmepumpe auch im Winter zuverlässig, denn im Erdreich und im Grundwasser herrschen unabhängig von der Jahreszeit konstante Temperaturen. Auch bei Außentemperaturen unter 0 °C ist die Funktion der Wärmepumpe im Winter möglich aufgrund ihrer hohen Effizienz. Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe sinkt jedoch mit abnehmender Temperatur.
Treten extreme Minusgrade bis -20 °C auf, schaltet sich vorübergehend ein elektrischer Heizstab als Unterstützung zu. So liefert die Wärmepumpe auch bei sehr tiefen Außentemperaturen noch genügend Wärme, ohne an Wirksamkeit zu verlieren.
Alternativ lässt sich eine Wärmepumpe auch als Hybridsystem in Kombination mit einer Gastherme betreiben, welche die Spitzenlast im Winter übernimmt.
Ein Eisspeicher nutzt die sogenannte latente Wärme, die beim Gefrieren von Wasser freigesetzt wird. Der Energiespeicher lässt sich gut mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe und Solar-Luft-Absorbern kombinieren. Dadurch ist mit einer Eisspeicherheizung energieeffizientes Heizen und Kühlen möglich.
Kann eine Wärmepumpe auch kühlen?
Wärmepumpen, die über eine reversible Funktion verfügen, heizen und kühlen. Dadurch ist eine zusätzliche Klimaanlage im Haus meist nicht nötig.
Die Kühlung mit einer Wärmepumpe funktioniert wie bei der Wärmeerzeugung, nur über einen umgekehrten Kältemittelkreislauf. Dabei führt die Heizung die Wärme nach draußen, wodurch sich das Heizsystem abkühlt. Der Kühleffekt einer reversiblen Wärmepumpe ist allerdings nicht so stark wie bei einer Klimaanlage.
Wichtig ist, dass Heiz- und Kühlsystem optimal ausgelegt sind. Am besten zur Kühlung geeignet sind Fußbodenheizungen. Unter bestimmten Voraussetzungen funktioniert eine Wärmepumpe auch mit normalen Heizkörpern, die großflächig ausgelegt sind und niedrige Vorlauftemperaturen bereitstellen. Bei vielen Modellen lässt sich eine Kühlfunktion auch nachrüsten.
Wärmepumpe LIVE – Tag der offenen Tür bei Bosch Home Comfort
Demnächst auch in Ihrer Nähe: Erleben Sie die Bosch Wärmepumpen, Heizungen und Klimageräte live vor Ort und informieren Sie sich im persönlichen Austausch mit Bosch Fachpartnerbetrieben und Bosch Experten!
