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waermepumpe

Funktionsweisen von Wärmepumpen

Effizient und umweltfreundlich Heizen

Die Funktionsweisen der verschiedenen Wärmepumpenarten sind sich gernell ähnlich. Sie alle nutzen natürliche Ressoucen um Wärme zum Heizen nutzbar zu machen. Auf dieser Seite erfahren Sie mehr über die Arbeitsweisen und Unterschiede der Anlagen. 

So funktioniert eine Wärmepumpe

Kurz erklärt:

Das Prinzip ist vergleichbar mit dem eines Kühlschranks – nur funktioniert die Wärmepumpe genau umgekehrt. Anstatt einem Innenraum die Wärme zu entziehen und diesen damit zu kühlen, wird hier die Außenwärme zum Heizen des Wohnraums nutzbar gemacht. Dabei wird einer der Energieträge Luft, Wasser oder Erdwärme durch eine Pumpe in die Anlage geleitet, dort wird das Temperaturniveau angehoben und die warme Luft anschließend durch ein Rohrsystem im Haus verteilt.

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Arten und Besonderheiten von Wärmepumpen im Vergleich

Die Namen der Wärmepumpenheizungen, die durchaus kompliziert klingen, erklären bei genauer Betrachtung bereits ihre Funktionsweise. Dabei funktioniert die Wärmeerzeugung innerhalb der Wärmepumpe meistens gleich. Die Typen unterscheiden sich nur darin, woraus die Energie bezogen wird und wie diese in den Raum gelangt.

Der erste Begriff beschreibt dabei immer die Wärmequelle, der zweite Begriff die Wärmeverteilung. So bezieht eine Luft-Wasser-Wärmepumpe beispielsweise die Wärme aus der Außenluft und gibt diese an das Wasser im Heizsystem ab. Eine Luft-Luft-Wärmepumpe bezieht die Wärme ebenfalls aus der Außenluft und gibt diese über einen Wärmetauscher an die Innenluft ab, wodurch das Haus aufgeheizt wird.

Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Abbildung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

Wärmequelle: Umgebungsluft

Kurzbeschreibung: 
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe befindet sich außerhalb des Gebäudes und wird auf einem festen Untergrund platziert. Die Luft wird über einen Ventilator angesaugt. Anschließend wird der Luft die Eigenwärme entzogen und zum Heizen aufbereitet. Über eine Inneneinheit lässt sich die Anlage dann individuell steuern. 

Nutzung:
Sie kann flexibel eingebaut und installiert werden. Daher ist sie die am weitesten verbreitete Wärmepumpe Deutschlands.

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Abbildung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

Wärmequelle: Erdwärme

Kurzbeschreibung: Die Sole-Wasser-Wärmepumpe macht sich die konstante Temperatur im Erdboden zunutze. Dafür wird auf dem Grundstück eine Erdbohrung vorgenommen, die die Platzierung einer Erdsonde ermöglicht. Diese wiederum leitet die Wärme zur Wärmepumpenheizung ins innere des Hauses weiter.

Nutzung: Erfordert eine Genehmigungen und verursacht zusätzliche Kosten für die Bohrung. Voraussetzung ist ein geeigneter Standort. 

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Abbildung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

Wärmequelle: Grundwasser

Kurzbeschreibung: Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die konstante Temperatur des Grundwassers, das sich in der Nähe der Oberfläche befindet. Dafür wird auf dem Grundstück ein Brunnen installiert, der mit der Wärmepumpe im Haus verbunden ist. Nach dem Entzug der Wärme wird das Wasser wieder zurückgeführt.

Nutzung: Die Nutzung dieser Wärmepumpenart  ist abhängig von der Grundwassermenge und Qualität des Standorts. 

Die Funktionen der Wärmepumpen-Einheiten

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe Außen- und Inneneinheit

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe wird anders als eine Öl- oder Gaszentralheizung nicht im Keller installiert, sondern außerhalb des Hauses platziert. In dieser sogenannten Außeneinheit, die das Kernstück der Wärmepumpe darstellt, wird die Wärme aus der Luft über einen Ventilator angesaugt und anschließend zum Heizen aufbereitet.

Zur optimalen Steuerung der Heizung und für die Speicherung von warmen Wasser, verfügt die Heizung zusätzlich über eine sogenannte Inneneinheit. Diese wird im Haus aufgestellt und über ein Rohrsystem mit der Außeneinheit verbunden.

Übrigens: Für den Betrieb benötigt die Wärmepumpe lediglich einen geeigneten Standort und einen Stromanschluss. Die anderen Wärmepumpenarten benötigen zusätzlich eine Erdbohrung. Funktion und Technik der Heizungen unterscheiden sich daher nur in Hinblick auf die verschiedenen Wärmequellen.

Inneneinheit und Außeneinheit einer Wärmepumpe

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe Einheit und die Wasser-Wasser-Wärmepumpe Einheit

Diese Wärmepumpenarten besteht im Vergleich zu einer Luft-Wasser-Pumpe lediglich aus einer Inneneinheit. Diese wird jeweils direkt im Haus, meistens in einem Keller aufgestellt.

Die Anlage verfügt über alle wichtigen Funktionen, um die Außenenergie zum Heizen aufzubereiten. Das ist möglich, da die Anlage durch ein Rohrsystem mit der Erde verbunden ist und somit einen direkten Zugang zu den konstanten Temperaturen des Erdinneren und des Grundwassers hat. 

Inneneinheit

Abläufe im Inneren der Wärmepumpen

In der Außeneinheit der Wärmepumpe wird Luft oder Erdenergie genutzt um Wärme zu erzeugen. In beiden Fällen läuft im Inneren der eigentlichen Wärmepumpe ein geschlossener Kreislauf ab.

In diesem System zirkuliert ein Kältemittel, das selbst bei  Minusgraden im Winter verdampft. Es wechselt also in einem Verdampfer vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Für diesen Vorgang wird Wärme benötigt. Deshalb wird das gasförmige Kältemittel zusätzlich mithilfe eines Kompressors verdichtet, also unter Druck gesetzt, wodurch es erwärmt wird. Das heiße Gas wird anschließend zum Verflüssiger geführt. Dort kommt das Kältemittel mit dem separaten, Heizkreislauf in Kontakt und gibt seine Wärme ab. Das aufgewärmte Wasser fließt dann in die Heizkörper des Hauses. Das Kältemittel innerhalb der Wärmepumpe wird wieder abgekühlt, verflüssigt sich und fließt zurück – der Kreislauf beginnt von vorne.

In der Außeneinheit der Luft-Wasser-Wärmepumpe wird die Umweltwärme in Form von Außenluft angesaugt und genutzt um Wärme für Heizungen und warmes Wasser zu erzeugen. Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe wird Erdenergie genutzt um Wärme zu erzeugen. Hierzu werden Erdkollektoren und Erdsonden benötigt, die die thermische Energie aufnehmen. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe bezieht die Umweltenergie aus dem Grundwasser.

In allen Fällen läuft im Inneren der eigentlichen Wärmepumpe ein geschlossener Kreislauf ab. In diesem System zirkuliert das sogenannte Kältemittel, das einen extrem niedrigen Siedepunkt hat. Dieser liegt bei bis zu minus 57 Grad Celsius (Kohlendioxid).

Und das ist auch schon der Clou: Das Kältemittel verdampft selbst bei niedrigen Außentemperaturen oder gar Minusgraden im Winter – wechselt also in einem Verdampfer vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Für diesen Vorgang wird Wärme benötigt. Das physikalische Prinzip dahinter heißt Verdampfungswärme. Die Temperatur dieser Wärmeenergie reicht jedoch nicht aus, um ein Gebäude zu heizen. Deshalb wird das gasförmige Kältemittel zusätzlich mithilfe eines Kompressors verdichtet, also unter Druck gesetzt, wodurch es erwärmt wird.

Das heiße Gas wird anschließend zum sogenannten Verflüssiger geführt. Dort kommt das Kältemittel mit dem separaten, geschlossenen Heizkreislauf in Kontakt und gibt die Wärme an das Wasser in dessen Rohren ab.

Das neu aufgewärmte Wasser fließt dann in die Heizkörper des Hauses. Das Kältemittel innerhalb der Wärmepumpe wird bei diesem Vorgang abgekühlt, verflüssigt sich wieder und fließt weiter zum sogenannten Entspannungsventil. Dieses gibt dem flüssigen Kältemittel mehr Raum, wodurch es sich zusätzlich abkühlt. Das Flüssiggas ist nun wieder so kalt, dass es erneut Energie aus der Luft oder der Erdwärme aufnehmen kann – der Kreislauf beginnt von vorne.

Das unterscheidet das Funktionsprinzip der Wärmepumpe von herkömmlichen Heizungen

Die meisten deutschen Haushalte verwenden Gas- oder Ölheizungen. Also Heizsysteme, die, genau wie die meisten Wärmepumpentypen, auch das Wasser in einem Heizkreislauf erhitzen. Um diese Hitze zu erzeugen, wird entweder Gas oder Erdöl verbrannt. Moderne Geräte machen das sehr effizient, haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Der verbrannte Energieträger ist endlich, kostet Geld und die Emissionen belasten die Umwelt.

Die Wärmepumpe benötigt für den Antrieb lediglich elektrischen Strom. Wird dieser aus Erneuerbaren Energien wie beispielsweise einer Solaranlage erzeugt, ist die Wärmepumpe im Prinzip emissionsfrei. Denn anstatt auf fossile Brennstoffe angewiesen zu sein, nutzt die Heizung die Umweltwärme aus der Umgebungsluft oder der Erde.

Inzwischen gibt es Wärmepumpen, die aufgrund ihrer besonderen Technologie auch in gedämmten Bestandsbauten nachgerüstet werden können. Dabei muss das Gebäude so gut saniert sein, da die Vorlauftemperatur beim Heizkörper 55 Grad Celsius nicht übersteigt. Einige Wärmepumpenmodelle können das Gebäude im Sommer sogar kühlen, was einen besonderen Vorteil einer Installation darstellt – vorausgesetzt, man verfügt über eine Fußbodenheizung.

Waermepumpe

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