Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Die Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Zufuhr von mechanischer Arbeit (Kompression) Wärme erzeugt. In der Wärmepumpe treffen drei geschlossene Kreisläufe aufeinander. Der Wärmeträgerkreislauf (Luft/Sole/Wasser), der Kältemittelkreislauf (Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Propan) und der Heizungskreislauf (Luft/Wasser). Der Wärmeträgerkreislauf berührt den Kältemittelkreislauf im Verdampfer, der Heizungskreislauf den Kältemittelkreislauf im Kondensator.

Der Kreisprozess in einer Kompressions-Wärmepumpe läuft in 4 Phasen ab:

1. Verdampfen: In einem Wärmetauscher (Verdampfer) nimmt das flüssige Kältemittel Energie von der Wärmequelle Erde, Wasser oder Luft auf und verdampft mit zunehmender Temperatur.
2. Verdichten: In einem Kompressor wird unter Zufuhr elektrischer Energie das nun dampfförmige, aber noch kalte Kältemittel verdichtet und dadurch erhitzt. Das Kältemittel verlässt als so genanntes Heißgas den Verdichter.
3. Kondensieren bzw. Verflüssigen: Das Heißgas gelangt nun in den Verflüssiger, gibt Energie an das Heizsystem ab, kondensiert und verlässt als warmes, flüssiges Kältemittel den Kondensator. Das Heizwasser wird dadurch auf 35-40° C erhitzt.
4. Expandieren und Entspannen: Das warme, flüssige Kältemittel wird zum Expansionsventil transportiert. Im Expansionsventil wird der Druck abrupt gesenkt. Die Temperatur des Kältemittels nimmt dadurch ohne Abgabe von Energie ebenfalls schlagartig ab.

Mit der Wärmepumpe können mehr als 75% der benötigten Energie aus der Umwelt gewonnen werden. Diese Effizienz wird mit der Leistungszahl (LZ) oder auf Englisch COP (Coefficient of Performance) angegeben:

COP = 

Heizleistung

Elektrische Leistusgsaufnahme

L/W- Wärmepumpen: COP = 3,5

S/W- Wärmepumpen: COP = 4,5

W/W- Wärmepumpen: COP = 5,5

Bei einem Stromverbrauch von 1 kWh können mittels Wärmepumpe unter Nutzung von Umweltenergie 5 kWh Heizenergie produziert werden.

Ein Einfamilienhaus mit 200 m2 Bruttogeschoßfläche und einem jährlichen Wärmebedarf von 50 kWh/m2 benötigt 10.000 kWh an Heizenergie. Bei einem COP von 4,0 beträgt der jährliche Strombedarf für die Heizung 2500 kWh. Das entspricht jährlichen Heizkosten 350 Euro (14 Cent/kWh). Bei einem COP von 5,0 sinken die jährlichen Heizkosten sogar auf 280 Euro.