In unserer Umgebung gibt es einen unerschöpflichen Vorrat an Energie, deren Gewinnung und Nutzung umweltfreundlich ist. Bekannt ist beispielsweise die Stromerzeugung aus Sonnen- oder Windenergie. Doch nicht nur nachhaltige Stromgewinnung ist heute möglich, sondern auch umweltfreundliches Heizen – dank Wärmepumpen. Bei Buderus erfahren Sie, wie eine Wärmepumpenheizung aufgebaut ist und wie sie funktioniert.
Die Wärmepumpe – Aufbau und Funktion einfach erklärt
Was ist eine Wärmepumpe eigentlich? Im Prinzip handelt es sich um ein besonders umweltfreundliches und effizientes Heizsystem. Es macht sich die vorhandene Energie in unserer Umgebung (Luft, Erde und Grundwasser) zunutze. Einfach erklärt, entziehen Wärmepumpen mithilfe von Strom sowie einem Kältemittel der Umgebung Wärme und transportieren sie in die Wohnräume. Sie nutzen für den Prozess der Wärmeerzeugung bis zu 75 % Umweltwärme und lediglich 25 % Strom.
Der Aufbau und die Wirkungsweise von Wärmepumpen ist vergleichbar mit einem Gerät, das sich in jedem Haushalt befindet – dem Kühlschrank. Dieser entzieht dem Innenraum Wärme und leitet sie nach draußen – so werden der Innenraum bzw. die Lebensmittel gekühlt. Bei der Wärmepumpe funktioniert der Prozess umgekehrt.
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Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe im Detail
Eine Wärmepumpe nimmt Wärme aus dem Erdboden, dem Grundwasser oder der Luft auf und überträgt sie via Kältemittelkreislauf auf eine Heizungsanlage. Wir beschreiben die Funktionsweise einer Wärmepumpe in fünf Schritten:
- Die Wärmepumpe nimmt Wärme auf. Das geschieht beispielsweise durch Ventilatoren (Luft-Wasser-Wärmepumpe), welche Außenluft ansaugen und deren Wärme mittels Wärmetauscher weitergeben.
- Die gewonnene Wärme lässt ein Kältemittel verdampfen.
- Dieser Dampf wird in einem strombetriebenen Kompressor verdichtet. Das lässt die Temperatur im Komprimat ansteigen.
- Ein nachgeschalteter Wärmetauscher entzieht dem verdichteten Dampf die Wärme wieder und überträgt sie auf ein Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Heizungs- oder Warmwasseranlage versorgt.
- Anschließend verflüssigt sich das Kältemittel und der Kreislauf beginnt von vorn.
Energieverbrauch von Wärmepumpen
Die Wärme in Erde, Luft und Grundwasser ist grundsätzlich frei verfügbar. Allerdings muss diese Wärme erst einmal aufbereitet und in Wohnräume geführt werden. Für diese Funktion braucht die Wärmepumpe Strom. Der sogenannte Wirkungsgrad (siehe auch Jahresarbeitszahl ) gibt an, wie viel Strom Ihre Wärmepumpe einsetzen muss, um eine bestimmte Menge Wärmeenergie bereitzustellen. Anders ausgedrückt: wie viele Kilowattstunden Wärme das Gerät aus einer Kilowattstunde Strom „herausholen“ kann – also letztlich, wie effizient sie arbeitet.
Auch die Temperatur der Energiequelle hat Einfluss auf den Stromverbrauch von Wärmepumpen . Grundsätzlich gilt: Je größer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungswasser, desto mehr Energie verbraucht die Wärmepumpe.
Am Beispiel einer Luft-Wasser-Wärmepumpe verdeutlicht: Herrschen draußen moderate 10 °C, dann benötigt die Wärmepumpe weniger Strom, um die Innentemperatur im Haus auf 21 °C zu bringen. Sind es draußen eisige -10 °C, benötigt sie dafür mehr Strom. Für Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind Außentemperaturen kaum relevant, da deren Energiequellen – Erdreich und Grundwasser – in einer bestimmten Tiefe immer die gleichen Temperaturen haben.
Gut zu wissen:
Die modernen Geräte von Buderus nutzen eine Inverter- Technologie, bei der der Kompressor stufenlos die Leistung an den Bedarf anpasst. Man spricht in diesem Zusammenhang von modulierenden Wärmepumpen. Das Ergebnis ist ein deutlicher Gewinn an Effizienz. Bei unseren Wärmepumpen können Sie sich also auf hohe Qualität und eine optimale Heizleistung verlassen.
Mit der Wärmepumpenheizung das Haus kühlen?
Einige Wärmepumpen bieten eine zweifache Funktionsweise: Sie können den Kältemittelkreislauf auch umkehren. Die Wärme wird hier aus den Räumen Ihres Hauses gezogen und nach draußen geleitet. Sie können also mit Wärmepumpen auf verschiedene Weisen Ihr Haus kühlen – ähnlich wie mit Klimaanlagen. Das funktioniert jedoch nur bei sogenannten „reversiblen Wärmepumpen“. Bei manchen Modellen lässt sich eine Kühlfunktion auch nachrüsten.
Als Klimaanlagen-Alternativen sind insbesondere Erdwärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen geeignet. Diese Typen nutzen idealerweise eine Fußbodenheizung für die Kühlung der Räume. Auch Luft-Wärmepumpen mit Fancoils und Gebläsekonvektoren punkten mit ihrer Zweitfunktion im Kühlbetrieb. Viele hochwertige Luft-Wasser-Wärmepumpen sind von vornherein auch als Kühlgeräte ausgelegt, sofern bei ihnen ein Vierwegeventil im Inneren des Kältemittelkreislaufs angebracht ist.
Bei Buderus erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Ihr Haus mit einer Wärmepumpe kühlen .
Aufbau einer Wärmepumpe: Das sind die Bestandteile
Wofür braucht man Kältemittel in einer Wärmepumpenheizung? Wie funktioniert das mit dem Verdichter und dem Heizkreislauf? Im Aufbau und der Funktionsweise einer Wärmepumpe arbeiten verschiedene Komponenten zusammen. Wir fassen diese kurz für Sie zusammen .
- Kältemittel: Ein Kältemittel ist eine Substanz, die Wärmeenergie transportieren kann. Entscheidend hierfür ist die Fähigkeit, auch bei geringer Temperatur zu verdampfen. Der Siedepunkt liegt – je nach Kältemittel – etwa zwischen -12 und -57 °C.
- Verdampfer: Hier geschieht die Übertragung der Wärme auf den Wärmepumpenkreislauf: Das Kältemittel nimmt Wärme auf und verdampft.
- Verdichter: Im strombetriebenen Verdichter oder Kompressor wird der Druck auf den Kältemitteldampf erhöht. Proportional dazu erhöht sich auch die Temperatur.
- Kondensator: In diesem Prozessschritt wird die Wärme auf den Heizkreislauf übertragen, das Kältemittel verflüssigt sich wieder. Der Kondensator wird daher auch Verflüssiger genannt.
- Expansionsventil: Im letzten Schritt wird der Druck des Kältemittels weiter gesenkt und der Kältekreislauf beginnt von vorn.
Funktionieren alle Wärmepumpenarten gleich?
Der generelle Aufbau der Wärmepumpe ist bei jedem Typ gleich. Die Funktion einer Luft-Wasser-Wärmepumpe unterscheidet sich darum grundsätzlich nicht von der Funktion einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, da der Kältekreislauf immer gleich abläuft. Lediglich die Wärmequelle ist bei jedem Wärmepumpen-Typ eine andere und muss jeweils anders erschlossen werden.
| Art der Wärmepumpe | Wärmequelle | Besonderheit bei Funktion |
|---|---|---|
| Luft-Wärmepumpe | Umgebungsluft |
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| Erdwärmepumpe | Erdwärme |
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| Wasser-Wasser-Wärmepumpe | Grundwasser |
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Wie funktioniert eine Wärmepumpenheizung im Winter?
Wärme ins Haus pumpen bei Minusgraden – das klingt paradox. Wie arbeitet eine Wärmepumpe eigentlich bei eisigen Temperaturen? Ganz einfach: Was für uns einfach nur klirrende Kälte ist, das liefert einer Wärmepumpe immer noch genügend Umweltenergie zum Heizen. Der Schlüssel dazu ist das Kältemittel, das einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, verdampft und durch das Komprimieren heiß wird. Auch im Winter funktioniert dadurch der Kältemittelkreislauf mittels Verdampfer, Verdichter und Kondensator problemlos.
- Bei Wasser-Wasser- und Erdwärmepumpen ist die Jahreszeit ohnehin unerheblich, denn die Temperaturen in Grundwasser und Erde sind ganzjährig konstant.
- Auch Luft-Wärmepumpen funktionieren bei tiefen Temperaturen dank des niedrigen Siedepunkts üblicher Kältemittel. Jedoch verschlechtert sich der Wirkungsgrad bei höherem Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungswasser.
- Sollte es doch einmal zu kalt für den Prozess der Wärmeerzeugung sein, springt bei Wärmepumpen ein elektrischer Heizstab ein. Das zusätzliche Heizen mit Strom ist jedoch meist erst ab -20 °C erforderlich.
Haben Sie eine bestehende Heizungsanlage, möchten aber effizienter und umweltfreundlicher heizen, dann ist eine Hybridheizung für Sie interessant. Eine beliebte Option ist beispielsweise ein Wärmepumpen-Hybridsystem mit Gas-Brennwertgerät .
Häufig gestellte Fragen zur Funktionsweise von Wärmepumpen
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Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe unterscheidet sich gar nicht so sehr von konventionellen Heizsystemen. Sowohl bei Wärmepumpen als auch bei Gas- oder Ölheizungen wird Heizwasser für einen Heizkreislauf erhitzt. Bei einer Gas- oder Ölheizung geschieht dies, indem Gas oder Öl verbrannt werden. Die fossilen Energieträger sind jedoch nicht unendlich verfügbar, zudem kosten sie Geld und die Emissionen aus der Verbrennung belasten die Umwelt. Für die Wärmepumpe ist eine gewisse „Grundwärme“ bereits vorhanden, nämlich in Form der Umweltwärme, die in der Luft, im Grundwasser oder im Erdreich enthalten ist. Diese wird lediglich unter Einsatz von Strom erhöht. Stammt der Strom aus erneuerbaren Energiequellen, ist die Wärmeerzeugung sogar CO2-neutral. st zudem ein Pufferspeicher im Heizsystem eingebunden, arbeitet die Wärmepumpenanlage noch effizienter.
Wie Sie die Effizienz Ihrer Wärmepumpenanlage in Ihrem Heim optimieren, ist abhängig von verschiedenen Faktoren, die unsere Buderus Systemexperten gern mit Ihnen besprechen.
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Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt (der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich) Energie, bereitet sie weiter auf und macht sie für Ihr Heizsystem nutzbar. Das Wärmeverteil- und Speichersystem transportiert die Wärme in Ihre Wohnräume. Ideal für den Betrieb mit einer Wärmepumpe sind Flächenheizkörper (Wand- oder Fußbodenheizung). Einmal installiert, benötigt eine Wärmepumpe im Prinzip nur noch Strom, um die unendlich verfügbare Umweltwärme im Haus nutzbar zu machen. Darum bietet sich die Kombination mit einer Photovoltaikanlage, die ebenfalls unbegrenzt verfügbare, nachhaltige Energie nutzt, ganz besonders an. Ob Neubau oder Bestandsgebäude: Eine moderne Wärmepumpe ist die ideale Heizung für Ihr Haus, wenn es über entsprechende Dämmung bzw. genügend große Heizkörper verfügt.
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Nein. Eine gute Dämmung bzw. genügend große Heizkörper vorausgesetzt, ist die Wärmepumpe eine effiziente Heizanlage. Sie leistet nicht nur das Beheizen des Gebäudes, sondern auch die Warmwasserbereitung. Bei manchen Modellen ist auch eine Kühlfunktion – ähnlich einer Klimaanlage – vorhanden. Der Aufbau und die Funktionsweise einer Wärmepumpe erlauben dennoch eine problemlose Kombination mit einem bestehenden Heizsystem, etwa in Form eines bivalenten Systems .