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Wärmepumpen

Auch nach weiteren Verbesserungen der Wärmeschutzvorschriften nimmt die Raumheizung mit ca. 70% den größten Anteil der Gesamtenergiekosten im Haushalt ein. Bei den konventionellen Wärmeerzeugern sind in der Vergangenheit erhebliche Verbesserungen gelungen. Mit der Nutzung des Brennwertes ist die Technik nun vorerst ausgereizt. Thermodynamisch ist es sehr unbefriedigend, Temperaturen von über 1000°C erzeugen zu müssen, nur um die Raumtemperatur bei ca. 20°C zu halten.

Die Technik der Wärmepumpe bietet hier ganz bedeutende Verbesserungsmöglichkeiten. Zunächst stellen wir hier die Funktionsweise einer Wärmepumpe dar.

Prinzip Wärmepumpe

Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Wasser, Erdreich oder Luft) die Wärme und führt es dem Heizsystem zu. Das Kältemittel (Arbeitsmittel), das schon bei niedriger Temperatur siedet, wird in einem Kreislauf nacheinander verdampft, verdichtet, verflüssigt und entspannt.

Im Verdampfer befindet sich das flüssige Arbeitsmittel bei niedrigem Druck. Die Umgebungstemperatur des Verdampfers ist höher als die dem Druck entsprechende Siedetemperatur des Arbeitsmittels. Dieses Temperaturgefälle bewirkt eine Wärmeübertragung von der Umgebung auf das Arbeitmittel. Das Arbeitsmittel wird daher sieden und verdampfen. Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wird der Wärmequelle Umgebungsluft, Grundwasser oder Erdreich entzogen.

Der Arbeitsmitteldampf wird ständig vom Verdichter aus dem Verdampfer abgesaugt und verdichtet. Dadurch steigt der Druck des Dampfes und dessen Temperatur. Danach gelangt der Arbeitsmitteldampf in den Verflüssiger, der z.B. vom Heizwasserstrom umspült wird. Die Temperatur dieses Wasserstromes ist niedriger als die Verflüssigungstemperatur des Arbeitsmittels, so dass der Dampf wieder verflüssigt wird.

Die im Verdampfer aufgenommene Wärme und die durch Verdichten zugeführte Wärme wird im Verflüssiger durch Kondensieren wieder frei und an den Wasserstrom abgegeben. Anschließend wird das Arbeitsmittel über ein Expansionsorgan in den Verdampfer zurückgeführt. Das Arbeitsmittel wird von dem hohen Druck des Verflüssigers auf den niedrigen Druck des Verdampfers entspannt. Beim Eintritt in den Verdampfer sind der Anfangsdruck und die Anfangstemperatur wieder erreicht. Der Kreislauf ist geschlossen.

Mit einer Wärmepumpe kann die Wärme der sonst nicht nutzbaren Wärmequellen Umgebungsluft, Grundwasser und Erdreich durch Zufuhr mechanischer Energie aufgewertet und auf eine höhere, nutzbare Temperatur gebracht werden.

Die folgenden System werden eingesetzt: