Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die im Prinzip wie ein Kühlschrank arbeitet – nur umgekehrt. Ein Kühlschrank nimmt die Wärme aus seinem Innenraum auf und leitet sie nach außen. Eine Wärmepumpe entzieht hingegen ihrer Umwelt (z.B. Luft, Wasser, Erdreich) die Wärme und gibt sie als Heizenergie zur Gebäudebeheizung oder Warmwasseraufbereitung wieder ab.

Ein Wärmepumpen-Heizsystem besteht aus drei Komponenten:

  • Wärmequellanlage: nimmt die benötigte Energie aus der Umgebung auf
  • Wärmepumpe: macht die Umweltwärme nutzbar
  • Wärmeverteil- und Speichersystem: verteilt oder speichert die Wärmeenergie im Raum

Der technische Prozess läuft in vier Schritten ab. Im geschlossenen Kreislauf der Wärmepumpe überträgt und transportiert ein Kältemittel die Wärme von außen nach innen. Im sogenannten Verdampfer ändert das Kältemittel dann seine Struktur von flüssig zu gasförmig. Während es verdampft, speichert das Kältemittel die dabei aufgenommene Energie. Im dritten Schritt komprimiert ein nachgeschalteter Verdichter das Kältemittelgas. Somit steigen dessen Druck und Temperatur. Das erwärmte Gas gibt die Wärme an das Heizsystem ab und verflüssigt sich dabei wieder. Ein Expansionsventil entspannt im vierten Schritt das unter Druck stehende Kältemittel. Somit kann der Kreislauf wieder von vorne beginnen.

Ausschlaggebend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist der Coefficient of Performance (COP), der die Leistungszahl (kurz: LZ) einer Wärmepumpe beschreibt. Je höher die Leistungszahl ausfällt, desto effizienter arbeitet Ihre Wärmepumpe.

In der Solarthermie können Wärmepumpen Solarheizungen unterstützen, um etwa fehlende Leistung auszugleichen. Zusätzlich trägt die Kombination dazu bei, die Energiebilanz von Eigenheimen zu verbessern. Zu unterscheiden ist zwischen direkter und indirekter Unterstützung. Bei der direkten Unterstützung teilen sich Solarheizung und Wärmepumpe die Energieerzeugung. Diese Kombination erzielt insgesamt einen höheren Energieertrag.

Bei der indirekten Unterstützung dient die Solarheizung dazu, das Erdreich zu erwärmen. So wird dem Boden wieder Wärme zugeführt, die sonst durch die Wärmepumpe entzogen wird. Dadurch arbeitet die Pumpe besser und erreicht einen höheren Ertrag.

Der Einsatz von Wärmepumpen ist auch in einer Photovoltaikanlage möglich. Der Solarstrom lässt sich beispielsweise mit einer Wärmepumpe verwerten, um Wasser zu erhitzen, dass in einem Wärmespeicher gespeichert wird. Die zwischengelagerte Wärmeenergie wird anschließend nicht in elektrischen Strom verwandelt, sondern an das Heizsystem abgegeben. So können Anlagenbetreiber elektrische und thermische Energie nutzen und Kosten sparen.