Die Funktionsweise einer Wärmepumpe – einfach erklärt

Wärmepumpen sind nichts anderes als umgekehrte Kühlschränke. Sie entziehen der Umwelt – der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser – Wärmeenergie und machen diese Wärme als Heizenergie für das Haus oder die Wohnung nutzbar. Das wirklich Interessante ist, dass die aufgenommene Energie einerseits kostenlos ist und für den Betrieb der Wärmepumpe nur sehr wenig Strom verbraucht wird.

• Was ist eine Wärmepumpe?
• Die Funktion einer Wärmepumpe
• Wärmepumpe Funktion: Wie ist der Wirkungsgrad?
• Funktioniert eine Wärmepumpe tatsächlich auch im Schweizer Winter?
• Wärmepumpe: Die Fördermittel in der Schweiz
• Der Umwelt zuliebe

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, mit dessen Hilfe man Umweltwärme in nutzbare Heizungswärme für sein Haus umwandeln kann. Dabei müssen nur rund 25 Prozent in Form von Strom extern aufgenommen werden, um 100 Prozent Heizungsenergie zu gewinnen. Dreiviertel der Energie ist demnach vollkommen kostenlos … mal abgesehen von den Investitionskosten der Anlage natürlich.

Die Funktion einer Wärmepumpe

Die Funktion einer Wärmepumpe ist ganz einfach – sie funktioniert nämlich genauso wie ein Kühlschrank, nur andersherum. Bei einem Kühlschrank wird einem Raum Wärme entzogen und diese in die Umwelt abgegeben. Bei einer Wärmepumpe wird der Umwelt die Wärme entzogen, um damit einen Raum zu beheizen. Beiden Geräten liegt der Joule-Thomson-Effekt zugrunde, einem komplexen physikalischen Prinzip.

Dieses Prinzip bewirkt eine Anhebung der Umweltwärme auf ein Niveau, welches zum Heizen geeignet ist. Dabei wird keine Energie aufgewendet - das macht den Vorgang so interessant und umweltfreundlich. Dass die Wärme aus dem Erdreich, der Luft oder dem Grundwasser nichts kostet, darf zudem nicht vernachlässigt werden. Damit das System funktioniert, sind zum Beispiel bei einer Erdwärmepumpe drei verschiedene Kreisläufe im Spiel:

Die Kreisläufe bei der Wärmegewinnung mittels einer Wärmepumpe

1. Kreislauf: Wärme aus rund 200 Metern Tiefe

In Leitungen, die bis zu 300 Meter tief ins Erdreich verlaufen, wird eine Flüssigkeit, oft eine Sole, gepumpt. In diesen Tiefen herrschen Temperaturen von bis zu 20 °C, die vom Erdkern herrühren. Das erwärmte Kältemittel kommt wieder an die Oberfläche und beeinflusst nun den zweiten Kreislauf.

2. Kreislauf: Die eigentliche Wärmepumpe

In diesem Kreislauf befindet sich ein weiteres Kältemittel, jedoch vollkommen anderer Art. Hierbei handelt es sich um ein Kältemittel, das bereits bei sehr geringen Temperaturen gasförmig wird. Die erwärmte Flüssigkeit aus dem Erdreich dient indessen dazu, das Kältemittel des 2. Kreislaufs in einem Verdampfer zu Gas werden zu lassen.

Anschliessend wird dieses Gas in einem Kompressor verdichtet und dadurch die Temperatur erneut erhöht.

Die folgende Infografik veranschaulicht die Funktionsweise eines Wärmepumpensystems:

3. Kreislauf: Die eigentliche Heizung

Das jetzt stark erhitze Gas läuft in einem geschlossenen Kreislauf durch den Verflüssiger. Hier verläuft auch der 3. Kreislauf, die Heizung, die die Wärme übernimmt und entweder zu einem Speichermedium führt oder die Wärme direkt zur Beheizung der Räume genutzt wird.

Fast identisch laufen auch die Systeme mit Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Luft-Wasser-Wärmepumpen.

Am Ende gehen die Kreisläufe wieder von vorn los. Wenn wir den Vorgang von hinten betrachten, wurde die Wärme über die Heizkörper an die Räume abgegeben und das abgekühlte Wasser der Heizung läuft zurück zum Verflüssiger. Das zuvor in den Verflüssiger geleitete Gas des 2. Kreislaufs hat sich hier abgekühlt und wieder verflüssigt. Nun wird es zurück in Richtung des Verdampfers gepumpt, wo es durch die Wärme des ersten Kreislaufs wieder neu verdampft wird.

Wärmepumpe Funktion: Wie ist der Wirkungsgrad?

Um eine Wärmepumpe und das damit verbundene System zu betreiben, muss eine gewisse Menge an Energie extern zugeführt werden, zum Beispiel um die Pumpen zu betreiben. Der Wirkungsgrad gibt nun das Verhältnis zwischen dieser zugeführten Energie und der insgesamt nutzbaren Heizenergie an. Je nach System und Hersteller liegt der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe bei drei bis vier. Für jedes Kilowatt Strom, den man extern zuführt, gewinnt man demnach drei bis vier Kilowatt Stunden Wärme.

Anders ausgedrückt: Um 100 Prozent Wärmeenergie zu erhalten, muss man lediglich 25 bis 33 Prozent Energie aufbringen (und bezahlen).

Drei Kennzahlen, die man kennen sollte

Im Kontext der Funktion einer Wärmepumpe werden von den Herstellern zwei verschiedene Kennzahlen verwendet. Eine Dritte ergibt sich durch Messungen nach einem Jahr Gebrauch.

COP – Coefficient of Performance und SCOP– Seasonal Coefficient of Performance geben Werte an, die das Verhältnis von eingesetzter zu erhaltener Energie unter Laborbedingungen ins Verhältnis setzen. Einmal allgemein und einmal saisonal betrachtet. Die dritte Kennzahl, die JAZ – Jahresarbeitszahl gibt zwar den gleichen Wert an, jedoch nicht unter Laborbedingungen gemessen, sondern im echten Einsatz vor Ort.

Funktioniert eine Wärmepumpe tatsächlich auch im Schweizer Winter?

Ein klares JA. Dies hat einerseits mit dem dahinterstehenden physikalischen Prinzip und andererseits mit dem Wärme transportierenden Kältemittel zu tun. Solange die Wärmequelle (Luft, Wasser, Erdreich) über dem Siedepunkt dieses Kältemittels liegt, kann das System arbeiten. Die eingesetzten Kältemittel liegen meist im Bereich von bis zu minus 60 °C.

Ganz besonders Wärmepumpenanlagen, die sich die Erdwärme zunutze machen, sind besonders unempfindlich, da es bereits ab einer Tiefe von rund 10 Metern nie kälter wird als 10 °C.

Kann eine Wärmepumpe auch als Klimaanlage fungieren?

In gewissen Grenzen kann eine Wärmepumpe sogar Ihre Räume im Sommer kühlen. Hierfür müssen jedoch bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein. Unsere angeschlossenen Fachbetriebe helfen Ihnen ganz sicher gerne weiter und beraten Sie hierzu. Lassen Sie sich doch einfach ein vollkommen unverbindliches Angebot unterbreiten und stellen Sie hier eine Anfrage auf Ofri.

Wärmepumpe: Die Fördermittel in der Schweiz

In der Schweiz gibt es eine ganze Reihe an Förderprogrammen, die Sie bei der Installation einer Wärmepumpe unterstützen – insbesondere auch auf kantonaler Ebene. Auf www.energiefranken.ch finden Sie alle relevanten Fördermittel, suchbar nach Postleitzahl oder Ort. Sie können hier mit Fördermitteln von bis zu CHF 20’000.- rechnen. Ob nun für eine private Anlage oder eine Wärmepumpe für ein Mehrfamilienhaus. Im zweiten Fall sind auch höhere Förderungen möglich.

Der Umwelt zuliebe

Natürlich können Sie eine Wärmepumpe zum optimalen Heizen auch mit einer Solarthermieanlage für die Erhitzung von Wasser und einer Photovoltaikanlage für die Produktion Ihres eigenen Stroms ergänzen.