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Einleitung

Eine Wärmepumpe ist eine Arbeitsmaschine, die mithilfe höherwertiger Antriebsenergie (elektrischer Energie) Wärme von einem tieferen auf ein höheres Temperaturniveau hebt. Wärme wird aus einer Wärmequelle (z. B. Außenluft, Erdwärme, Grundwasser oder Abwärme) entzogen und für die Herstellung der gewünschten Raumlufttemperatur in einem Gebäude verwendet.

Die Kompressionswärmepumpe ist die gängigste Bauart. Dabei bewegt sich ein Kältemittel in einem Kreisprozess und ändert wiederholt den Aggregatzustand zwischen flüssig und gasförmig:

  1. Im Verdampfer verdampft das Kältemittel bei niedrigem Druck und nimmt dabei Energie aus der Wärmequelle auf.
  2. Der Kompressor (Verdichter) komprimiert das Kältemittel, der Druck wird dabei erhöht, die Temperatur ebenso. Dazu wird hochwertige (meist elektrische) Energie benötigt.
  3. Im Verflüssiger (Kondensator) kondensiert das Kältemittel wiederum. Dabei wird Energie über einen Wärmetauscher an das Heizungswasser abgegeben.
  4. In einem Drosselorgan (Expansionsventil) wird das Kältemittel wieder auf den (geringen) Ausgangsdruck entspannt, dabei kühlt es ab.

Danach wird das Kältemittel wieder dem Verdampfer zugeführt, der Kreislauf beginnt von vorne.

Die Funktionsweise des Wärmepumpenkreislaufs kurz erklärt:

Eine wesentliche Kennzahl der Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl (JAZ oder SPF). Diese gibt Aufschluss über die Effizienz des Wärmepumpensystems. Die Jahresarbeitszahl ist das Verhältnis zwischen abgegebener Heizleistung und aufgenommener Leistung während eines Jahres. Je höher sie ist, desto besser arbeitet die Wärmepumpe, je niedriger sie ist, desto unwirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe, da mehr Energie zugeführt werden muss.

Ausschlaggebend für die JAZ ist unter anderem die Temperaturdifferenz von Wärmequelle und Heizsystem. Kleine Temperaturdifferenzen können effizienter bewältigt werden. Wird die Quellentemperatur um 1 K erhöht, wird um 2,5 % weniger elektrische Energie verbraucht; erhöht sich die Temperatur des Heizsystems um 1 K, wird hingegen nur ein Mehrverbrauch von 1,8 % verzeichnet.

Deshalb eignen sich Niedertemperatur-Fußbodenheizungen mit Vorlaufzeiten unter 30 °C besonders gut für das System der Wärmepumpe. Vor allem die Beiheizung von gut gedämmten Ein- und Mehrfamilienhäusern ist mit der Wärmepumpe gut vereinbar, eine effiziente Konditionierung der Raumtemperatur wird dabei gewährleistet.

Für die Wärmepumpe kommen hauptsächlich folgende Wärmequellen infrage:

  • Außenluft: ist preislich günstig, aber nicht sehr effizient, da die höchsten Heizleistungen dann erforderlich sind, wenn auch die Außentemperatur sehr niedrig ist, also die Differenz zwischen Quellen- und Heizsystemtemperatur sehr hoch ist.
  • Erdwärme: Erdgekoppelte Systeme arbeiten effizient, da die höheren Temperaturen im Erdreich genutzt werden können. Optimal ist diese Wärmequelle, wenn Erdsonden verwendet werden.
  • Grundwasser: Die effizientesten Wärmepumpenanlagen beruhen auf der Nutzung von Grundwasser. Dieses verfügt über eine konstant hohe Temperatur von etwa 10 °C.
  • Abwärme: Die Wärmequelle ist in diesem Fall die Abluft des Gebäudes. Diese ist in den Wintermonaten wärmer als die Außenluft, die Quellentemperatur ist also höher als bei der Nutzung von Außenluft.
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