Prinzipiell arbeitet eine Wärmepumpe immer wie ein umgekehrter Kühlschrank:
Während der Kühlschrank seinem Innenraum Wärme entzieht und nach außen abgibt, nimmt die Wärmepumpe verfügbare Wärmeenergie aus dem Außenbereich auf und gibt diese an das Haus in Form von Heizenergie ab. Wärmepumpen nutzen dafür die verfügbare, kostenlose Umweltwärme aus Quellen wie Luft, Erdreich und Grundwasser.

Das faszinierende am Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ist folgende Tatsache:
Generell können Wärmepumpen eine sehr hohe Energieeffizienz von mehreren 100% erreichen, da sie mehr Heiz- bzw. Wärmeenergie liefern, als sie an Energie (Strom) verbrauchen. Dies wird durch den "Coefficient of Performance" (COP) ausgedrückt, der die Menge an Energie angibt, die eine Wärmepumpe mit einer bestimmten Menge an Energie erzeugen kann.

1. Die Wärmepumpe – Technik und Funktion im Überblick
2. Funktionsweise der Wärmepumpe am Beispiel der Luft-Wasser-Wärmepumpe
3. Wichtige Kennzahlen einer Wärmepumpe – Erklärung
4. Energieeffizienz einer Wärmepumpe

Für den Betrieb einer Wärmepumpe sind mehrere Komponenten notwendig: Kompressions-Wärmepumpen benötigen einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Kältemittelkondensator und ein Expansionsventil.

Welche Aufgaben die einzelnen Komponenten haben und wie diese zusammenarbeiten, soll nachfolgend kurz erläutert werden:

Der Verdampfer - Der Verdampfer überträgt die Wärme aus der Atmosphäre, dem Erdreich oder dem Grundwasser auf das flüssige Kältemittel. Die beiden Stoffe bleiben getrennt, während die Umweltwärmequelle Energie freisetzt, was zu einem Rückgang der Temperatur führt. Das Kältemittel nimmt Energie auf, wird dadurch erhitzt und dank seiner einzigartigen Eigenschaften und der Druckbedingungen, die in einer Wärmepumpe erzeugt werden, verdampft es.

Der Verdichter - Der Verdichter ist ein Kompressor, der den Kältemitteldampf ansaugt und dessen Volumen verringert. Wird das Volumen eines Gases durch Zusammendrücken verringert, spricht man von Komprimierung oder Verdichtung eines Gases. Dadurch steigt sein Druck an. Je höher der Druck des Kältemittels wird, desto wärmer wird es. Dies ist notwendig, um die Wärme an das Heizungswasser weiterzuleiten.

Der Verflüssiger - Der Verflüssiger übernimmt ebenso wie der Verdampfer die Aufgabe, Wärme zu übertragen. Er leitet den dampfenden Kältemittelstrom an dem Heizungswasser vorbei, womit die Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes ermöglicht wird. Das Kältemittel gibt Energie ab, was dazu führt, dass seine Temperatur sinkt. Das Heizungswasser nimmt diese Energie dagegen auf und wird dadurch erwärmt.

Das Expansions- oder Entspannungsventil - Das Expansionsventil, auch Entspannungsventil oder Drosselventil, verringert den Druck des Kältemittels. Es bewirkt, dass das Medium sich ausdehnen und komplett verflüssigen kann und stellt sicher, dass stets genug Kältemittel durch den Verdampfer fließt. Nachdem das Kältemittel die Ausgangsposition erreicht hat, startet der Zyklus erneut.

Jede Wärmepumpe funktioniert nach dem gleichen Prinzip – sie zieht sich ihre jeweilige Wärmeenergie aus der Natur - unabhängig davon, ob Wasser, Erde oder Luft als Wärmequelle dient. Dies funktioniert sowohl im Sommer als auch im Winter.

Hier erklären wir das Ganze noch einmal verständlich anhand eines konkreten Beispiels der Luft-Wasser-Wärmepumpe:

1. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe saugt im ersten Schritt (Schritt 1: Der Verdampfer - Verdampfen der Flüssigkeit) ein eingebauter Ventilator die Außenluft an und überträgt sie an einen Wärmetauscher. Durch diesen Wärmetauscher fließt ein Kältemittel, das bereits bei sehr geringen Temperaturen komplett verdampft.
2. Im nächsten Schritt (Schritt 2: Der Verdichter - Gasverdichtung) kommt ein Verdichter zum Einsatz, damit das verdampfte Kältemittel durch Erhöhung des Drucks auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann.
3. Beim folgenden Schritt (Schritt 3: Der Verflüssiger - Verflüssigung des Gases) kommt ein Wärmetauscher zum Einsatz, der zur Verflüssigung des verdichteten Gases dient. Das dabei noch unter Druck stehende, gasförmige Kältemittel kühlt nun im Wärmetauscher ab und wird wieder verflüssigt. Bei der Verflüssigung überträgt sich die Energie aus dem erwärmten Dampf an den Heizkreislauf.
4. Im letzten Schritt (Schritt 4: Das Expansions- oder Entspannungsventil - Entspannung) wird das Kältemittel in einem Expansionsventil entspannt, bis der ursprüngliche Zustand wieder erreicht ist. Jetzt kann der gesamte Kreislauf wieder von vorn beginnen.

Im Zusammenhang mit Wärmepumpen treffen Sie immer wieder auf die Kennzahlen COP und JAZ. Nachfolgend soll kurz erklärt werden, worum es bei diesen beiden Kennzahlen geht und wie diese zu verstehen sind:

Welche Bedeutung haben die Kennzahlen COP und JAZ bei einer Wärmepumpe?

Der Coefficient of Performance (COP) und die Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe sind unterschiedliche Kennzahlen. COP und JAZ sind wichtige Kennzahlen, die die Effizienz und Leistung einer Wärmepumpe angeben. Der COP gibt an, wieviel Energie eine Wärmepumpe mit einer bestimmten Menge an Energie erzeugen kann. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wieviel Energie eine Wärmepumpe über einen bestimmten Zeitraum hinweg erzeugen kann. Je höher die COP- und JAZ-Werte sind, desto effizienter ist die Wärmepumpe.

Was gibt der Coefficient of Performance (COP) einer Wärmepumpe genau an?

Der Coefficient of Performance (COP) einer Wärmepumpe gibt an, wie viel Energie sie mit einer bestimmten Menge an Energie erzeugen kann. Der COP gibt die Effizienz der Wärmepumpe an und ist ein Maß dafür, wie viel Energie die Wärmepumpe bei einem bestimmten Wirkungsgrad erzeugt. Eine höhere COP-Rate bedeutet, dass die Wärmepumpe mehr Energie erzeugt, als sie verbraucht.

Was gibt die Jahresarbeitszahl JAZ einer Wärmepumpe genau an?

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe gibt an, wie viel Energie die Wärmepumpe über einen bestimmten Zeitraum hinweg erzeugen kann. Die JAZ ist die Summe aller Energie, die die Wärmepumpe erzeugt, geteilt durch die Energiemenge, die zur Erzeugung dieser Energie benötigt wird. Je höher die JAZ ist, desto effizienter ist die Wärmepumpe.

Je mehr Energie die Wärmepumpe benötigt, um die Temperatur und den Druck anzuheben, desto ineffizienter ist sie. Um eine effiziente Funktion zu gewährleisten, müssen die Temperaturen der Wärmequelle und des Heizungswassers nahe beieinanderliegen.

Wenn die Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur gering ist und damit eine angemessene Temperaturspreizung ermöglicht wird, kann die Wärmepumpe mit einer äußerst energieeffizienten Jahresarbeitszahl (JAZ) funktionieren.

Wärmepumpen gelten ab einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3 als effizient. Das bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom erzeugt die Wärmepumpe drei Kilowattstunden Wärme. Als ideal gelten Jahresarbeitszahlen von 4 bis 5. Eine Wärmepumpe arbeitet dann besonders wirtschaftlich und amortisiert sich in guter Frist.

Vor allem Niedertemperaturheizungen eignen sich besonders gut für eine Kombination mit einer Wärmepumpe, da sie eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Bereitstellung von Wärme bieten und es ermöglichen, Temperaturen zwischen 30 und 35 °C als Vorlauftemperatur zu nutzen.

Möchten Sie weitere Informationen über die Funktionsweise einer Wärmepumpe erhalten oder haben Sie bereits konkrete Fragen? Wir unterstützen Sie gerne bei allen Ihren Themen – holen Sie sich kompetente Beratung zum Thema Wärmepumpe und eine unverbindliche Auskunft auf alle Fragen.

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