Richtig heizen

Funktion und Aufbau verschiedener Wärmepumpe-Arten.

Wie funktionieren Erd-, Luft- und Wasserwärmepumpen? Wir erklären es Ihnen.

Funktion und Aufbau von Wärmepumpen: 

  • Wärmepumpen entziehen ihrer Umgebung thermische Energie.
  • Im Erdboden herrschen bis zu 12 °C, auch im Winter.
  • Ein Kältemittel nimmt die Energie auf, ein Kompressor erhöht den Druck und so die Temperatur.

Inhalt dieser Seite:

  1. Wie funktionieren Wärmepumpen?
  2. Aufbau und Funktion einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.
  3. Aufbau und Funktion einer Erdwärmepumpe.
  4. Aufbau und Funktion einer Wasserwärmepumpe.
  5. Wirkungsgrad und Effizienz von Wärmepumpen.
  6. Was sagt die Jahresarbeitszahl (JAZ) aus?
  7. Der Nutzen von Wärmepumpen.
  8. Wärmepumpe mieten statt kaufen.
  9. Fragen und Antworten.

Wärmepumpe einfach erklärt: Wie ein Kühlschrank – nur andersrum.

Das Funktionsprinzip von Wärmepumpen ist quasi das Gleiche wie bei einem Kühlschrank – nur umgekehrt. Während also der Kühlschrank dafür sorgt, die Luft in seinem Inneren unter die Umgebungstemperatur herunterzukühlen, sorgt die Wärmepumpe für eine wärmere Temperatur als jene, die in der Umgebung (also der Luft, der Erde oder des Wassers) herrscht. 

Wie funktionieren Wärmepumpen?

Wärmepumpen machen sich die vorhandene Umweltenergie zunutze, die in der Luft, im Erdreich und im Grundwasser vorhanden ist. Dafür setzen Wärmepumpen ein Kältemittel ein. Das zunächst flüssige Kältemittel nimmt die vorhandene Energie auf und erwärmt sich. Ab einer bestimmten Temperatur verdampft das Kältemittel. Der Kältemitteldampf wird nun von einem Kompressor verdichtet, die Temperatur des Dampfes steigt stark und kann nun im Heizkreis verteilt und dort an Heizkörper oder Heizwasser abgegeben werden. Durch die abgegebene Energie fällt die Temperatur des Kältemittels und es wird wieder flüssig. Über ein Ventil wird schließlich der Druck gemindert, ehe das Kältemittel zurück zur Wärmepumpe fließt, um erneut Energie aus der Umgebung aufzunehmen.

Aufbau und Funktion einer Luftwärmepumpe.

Bei einer Luftwärmepumpe bzw. Luft-Wasser-Wärmepumpe zieht ein Ventilator die Umgebungsluft an und leitet sie an einen Wärmetauscher. Im Wärmetauscher zirkuliert ein Kältemittel. Dessen chemische Eigenschaften sorgen dafür, dass es schon bei sehr niedrigen Temperaturanstiegen vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt. Die Energie der angesaugten Umgebungsluft geht im Wärmetauscher auf das Kältemittel über und verdampft. Ein strombetriebener Verdichter (auch Kompressor genannt) komprimiert den Dampf des Kältemittels – Druck und Temperatur steigen. Der erwärmte Dampf wird in den Heizkreislauf eingeleitet und seine Wärmeenergie dort mittels weiterem Wärmetauscher an Heizkörper, die Fußbodenheizung oder einen Warmwasserspeicher abgegeben. Dadurch kühlt das Kältemittel herunter, wird wieder flüssig und fließt auf dem Weg zurück zur Wärmepumpe noch durch ein Entspannungsventil, das den Druck entweichen lässt. Nun kann das Kältemittel erneut Energie aus der Umgebungsluft aufnehmen.

Aufbau und Funktion einer Erdwärmepumpe.

Bei einer Erdwärmepumpe wird die in der Erde enthaltene thermische Energie über Erdkollektoren oder Erdsonden aufgenommen. Während Kollektoren auf großen Flächen (z. B. einer Wiese im Garten) in relativ geringer Tiefe flächig verbaut werden, ist für eine Sonde eine Bohrung von bis zu 100 Metern Tiefe nötig. Sowohl in Erdkollektoren als auch in Erdsonden zirkuliert dann ein Salz-Wasser-Gemisch, die Sole (weshalb Erdwärmepumpen auch als Sole-Wasser-Wärmepumpen bezeichnet werden). Über einen Verdampfer wird das Kältemittel verflüchtigt und über einen Kompressor verdichtet. Temperatur und Druck steigen. Anschließend wird die Energie im erhitzten Kältemittel an den Heizkreislauf übertragen. Wie bei anderen Wärmepumpensystemen verflüssigt sich das Kältemittel durch den Energieverlust und den damit verbundenen Temperaturabfall wieder. Ein Expansionsventil lässt überschüssigen Druck entweichen, ehe das Kältemittel zurück in die Erdkollektoren oder die Erdsonden fließt, um erneut Erdwärme aufzunehmen.

Aufbau und Funktion einer Wasserwärmepumpe.

Für eine Wasserwärmepumpe (bzw. Wasser-Wasser-Wärmepumpe oder auch Grundwasserwärmepumpe) sind zunächst zwei Bohrungen bis zum Grundwasserspiegel nötig. In der einen Bohrung wird ein Saugbrunnen installiert (er nimmt warmes, energiereiches Grundwasser auf und leitet es zur Wärmepumpe), in der anderen ein Schluckbrunnen (über ihn wird das kalte Restwasser zurück ins Erdreich geleitet). Durch  einen Abstand zwischen den Bohrungen (meist 15 Meter oder mehr) wird sichergestellt, dass das kalte eingeleitete Wasser sich nicht mit dem vorhandenen warmen Grundwasser vermischt. Das geförderte Grundwasser überträgt seine Energie an ein Kältemittel, das verdampft. Der Dampf wird im Verdichter komprimiert und die gespeicherte Energie mittels Wärmetauscher an den Heizkreislauf abgegeben. Das Kältemittel ändert seinen Aggregatzustand wieder zu einer Flüssigkeit. Ein Entspannungsventil senkt den Druck und das Kältemittel fließt zurück zur Wärmepumpe, um neue Energie aufzunehmen.

Wirkungsgrad und Effizienz unterschiedlich funktionierender Wärmepumpen.

Bedingt durch ihre verschiedenen Funktionsprinzipien haben Wärmepumpen unterschiedlicher Bauart jeweils andere Wirkungsgrade. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann über das ganze Jahr auf Grundwasser von nahezu gleichbleibender Temperatur zurückgreifen. Die Effizienz ist dadurch sehr hoch: Bis zu 500 % Wirkungsgrad sind aktuell möglich, was einer Jahresarbeitszahl von 5 entspricht. Erdwärmepumpen kommen auf eine JAZ von etwa 3,5 bis 4,5, wobei Erdsonden eine höhere Effizienz besitzen als Erdkollektoren. Luftwärmepumpen aktueller Bauart erreichen einen JAZ-Wert von 3 bis 4, ältere Modelle einen Wert von 2,5 bis 3

Was sagt die Jahresarbeitszahl (JAZ) aus?

Die Jahresarbeitszahl gibt die Effizienz einer Wärmepumpe im Zusammenspiel mit einem konkreten Gebäude und einer konkreten Heizanlage an. Die JAZ wird also von einem Fachmann ermittelt.  Eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 3,5 kann aus 1 kWh zugeführter elektrischer Energie 3,5 kWh Heizenergie generieren. Sie besitzt damit einen Wirkungsgrad von 350 %. Je höher der Wirkungsgrad, umso wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe, denn sie benötigt dann verhältnismäßig wenig Strom, um Wärme zu erzeugen.

Wie hoch ist der Nutzen von Wärmepumpen?

Vergleicht man Wärmepumpen mit seit Jahrzehnten verbreiteten Heizsystemen wie Gasheizungen oder Ölheizungen, fällt auf, dass Wärmepumpen einen wesentlich höheren Anschaffungspreis haben. Für Wasserwärmepumpen beispielsweise werden schnell bis über 25.000 € für die Technik sowie für die Erschließung des Grundwassers durch die notwendigen Bohrungen fällig. Demgegenüber sehen wir jedoch viele wesentliche Vorteile: So sind Wärmepumpen durch ihre ausgeprägte Energieeffizienz günstig zu betreiben. Mitunter können die jährlichen Heizkosten halbiert werden! Auch die Wartung ist mit 50 bis 150 € im Jahr nicht sonderlich teuer. Der Einbau moderner Wärmepumpen ist außerdem förderfähig und der benötigte Wärmepumpenstrom wird von Energieanbietern häufig günstiger angeboten als normaler Haushaltsstrom. In Form von Öko-Heizstrom können Wärmepumpen sogar vollständig klimaneutral betrieben werden, was uns zu einem der wichtigsten Punkte hinsichtlich des Nutzens von Wärmepumpen führt: Sie sind derzeit eine der klimafreundlichsten Technologien fürs heimische Heizen.

Anschaffungskosten sparen: Wärmepumpe mieten statt kaufen.

Wenn Sie an einer Wärmepumpe für Ihr Zuhause interessiert sind, aber die hohen Anschaffungskosten scheuen, sollten Sie einmal über eine Wärmepumpe zur Miete nachdenken. Bei ENTEGA erhalten Sie eine Luftwärmepumpe vom deutschen Top-Hersteller im Komplettpaket inkl. Technik, Installation, Service und Reparaturen einfach zum monatlichen Mietpreis. Ganz ohne teure Anschaffungskosten. Nutzen Sie unverbindlich unseren Wärmepumpenrechner für ein individuelles Angebot.

Fragen und Antworten rund um die Wärmepumpe-Funktion.

Fragen und Antworten.

Was sind die Bestandteile einer Wärmepumpen-Heizungsanlage?

Aufbau einer Luftwärmepumpe: Was ist der Unterschied zwischen einer Monoblock- und einer Split-Bauweise?

Funktioniert eine Wärmepumpe auch im Winter?

Wie gewinnen Wärmepumpen Energie?

Kann ich für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe Raumluft als Wärmequelle verwenden?

Wie gewinnt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe Wärme aus dem Erdreich?

Wie funktioniert die Wärmeerzeugung in Luft-Wasser-Wärmepumpen?

Wirkt sich der Aufstellort einer Luft-Wasser-Wärmepumpe auf die Effizienz aus?

Funktioniert eine Wärmepumpe auch mit Heizkörpern oder nur mit Fußbodenheizung?

Stand der Informationen: September 2022

RSS
Artikelempfehlung