Was macht eine Wärmepumpe aus und wie funktioniert sie?

Wärmepumpen gehören zu den effektivsten und saubersten Heiztechniken. Da diese die vorhandene Wärme der Umwelt nutzen, können sie die Umwelt schonen und die Verbrauchskosten der Besitzer deutlich senken. Zu den bekanntesten Arten der Pumpen gehören die Sole-Wasser-Wärmepumpen, Luft-Wasser-Wärmepumpen, Wasser-Wasser-Wärmepumpen, Grosswärmepumpen und die Warmwasser-Wärmepumpen. Eine Besonderheit sind dabei die Eisspeichersysteme, wobei diese keine Wärmepumpe im eigentlichen Sinne sind. Diese sind eine besonders innovative und effektive Wärmequelle. 
 
Die Wärmepumpe ist eine Heizungsanlage, die in erster Linie in Neubauten immer beliebter wird. Mit dieser lässt sich die Wärme der Umgebung verwenden, um das eigene Haus zu beheizen. Hierbei sorgt sie mit der hohen Effizienz für geringe Heizkosten. Deshalb ist ihr Betrieb im besten Fall kostengünstiger als andere Heizungssysteme. 
 
Mit den unterschiedlichen Arten der Wärmepumpe können Wasser, Erde und Luft als Wärmespender verwendet werden. Hierzu gibt es für Hausbesitzer sehr gute Angebote für die Investition. 

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe 

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe entzieht der Raum- oder der Aussenluft Wärme und leitet diese an einen eingebauten Wärmeüberträger bzw. an den Verdampfer weiter. Hier umläuft ein Kältemittel, das schon bei geringer Temperatur zu verdampfen beginnt. Da die bei der Verdampfung abgegebene Wärme zu niedrig für das Heizsystem ist, wird diese konzentriert. Der Verdichtungsprozess und die hiermit verbundene Erhöhung der Temperatur sind bei jeder Wärmepumpe gleich.  

Die Luft-Wasser-Wärmepumpen speisen die Heizungsanlage mit der Energie aus der Luft. Diese ist kostenlos und immer verfügbar und lässt sich selbst bei geringen Aussentemperaturen gewinnen. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist ein separater technischer Kreislauf.  
Generell arbeiten alle Wärmepumpen nach dem Prinzip der Kühlschränke. Im Vergleich zu anderen Systemen gewinnt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innen- oder Aussenaufstellung die Heizung nicht aus dem Erdreich oder dem Grundwasser, sondern aus der Umgebungsluft.  
Die Umweltenergie verdampft somit das Kältemittel. Dabei nimmt im ersten Schritt die Luftwärmepumpen-Funktion die Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Dies geschieht mit einem Ventilator, welcher die Luft über den Wärmeübertrager hindurchleitet. Durch diesen fliesst ein kälteres Medium, welches sich hierbei erwärmt. Das Besondere an dem Kältemittel ist, dass es schon bei niedrigen Temperaturen gänzlich verdampft.  
Im Winter ist es üblich, dass die Wärmepumpe vereist. Ein integriertes Abtauprogramm stellt trotzdem den zuverlässigen Betrieb sicher.  
Im zweiten Schritt verdichtet der Kompressor den vorhandenen Kältemitteldampf. Dass dieses Medium den Aggregatzustand wechselt, ist eine Voraussetzung für diesen zweiten Schritt der Funktion der Pumpe. Hier wird es von dem Verdichter konzentriert, sodass mit dem Druck zugleich die Temperatur ansteigt. Eine solche Anlage verbraucht hierbei mehr Gas und Strom, je höher die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage ist. 
Im dritten Schritt erhitzt die Wärmepumpe das Heizungswasser. Wenn der Kältemitteldampf die jeweilige Temperatur erreicht, strömt dieser über einen weiteren Wärmeüberträger. Hier speist dieser die Wärmeenergie in das Heizsystem ein, wobei dabei das Kältemittel abkühlt. Gleichzeitig sinkt dabei der Druck und zugleich wird das Medium wieder verflüssigt. 
Im vierten und letzten Schritt der Luftwärmepumpenfunktion strömt das flüssige Kältemittel über das Entspannungsventil. Hierbei fallen die Temperatur und der Druck auf den Anfangszustand und der Prozess beginnt von vorn.  

Die Luftwärmepumpe

Die Luftwärmepumpe ist unter allen Wärmepumpen die anpassungsfähigste Technik, da diese überall unabhängig von wasserrechtlichen und Grundstücksbedingungen verwendet werden kann. Als flexible und sehr günstige Heizlösung bringt die Luftwärmepumpe eine Reihe an Vorteilen und zugleich Nachteile mit sich. Die Funktion ist dabei besonders und auch die Kosten sollten bei der Förderung von den Luftwärmepumpen beachtet werden. 

Eine Luftwärmepumpe wird zugleich als Luft Wasser Wärmepumpe bezeichnet und nutzt die äussere Luft zur Erwärmung des Trink- und Heizwassers. Diese Pumpen stehen als Split-Ausführung oder Monoblock vor dem Haus oder im Garten. Herbei wird bei der Split-Wärmepumpe der Pumpenkreis in Aussen- (ausserhalb des Gebäudes) und Inneneinheit (befindet sich im Keller) aufgeteilt. 
Infolge des recht geringen Installationsaufwands, der niedrigen Betriebskosten und der hohen Umweltfreundlichkeit wird die Luft-Wärmepumpe meistens im Neubau verwendet, kann jedoch auch bei Sanierungen installiert werden.

Die Luftwärmepumpe kann im Vergleich zur Erdwärmepumpe ebenfalls unabhängig von wasserrechtlichen und Grundstücksbedingungen eingesetzt werden und ist jene in der Anschaffung preisgünstigste Wärmepumpenart. Dabei wird als Wärmequelle in aller Regel die Aussenluft verwendet und lediglich bei Warmwasser-Wärmepumpen kommt die Innenraumluft zur Anwendung und in besonderen Fällen die warme Abluft von Kälteanlagen.

Die Wärme der Luft wird über den Verdampfer an das Kältemittel innerhalb der Wärmepumpenanlage übertragen und nach der Kompression über den Wärmetauscher bzw. Verflüssiger an das Medium abgegeben, was erwärmt werden soll. Je nachdem wird weitergehend zwischen Luft-Luft-Wärmepumpen und Luft-Wasser-Wärmepumpen unterschieden.

Die Erdwärmepumpe

Die Wärme des Erdreiches kann grundsätzlich für die Heizung verwendet werden. Dies macht eine Erdwärme- bzw. eine Sole-Wasser-Wärmepumpe möglich. Die Technik, welche zugleich als Geothermie bezeichnet wird, ist besonders langlebig und energieeffizient, jedoch gleichzeitig mit höheren Kosten verbunden als bei der Luftwärmepumpe.  
Die eigentliche Wärmepumpe befindet sich hierbei über der Erdoberfläche und besitzt ausser einem Verdichter noch zwei weitere Wärmetauscher. Dies sind der Verdampfer sowie der Verflüssiger. Um die Wärmeenergie aus dem Erdreich gewinnen zu können, kommen in der Praxis meistens Erdsonden oder Kollektoren zur Anwendung. Diese Sonden und Kollektoren versorgen die Wärmepumpe mit der thermischen Energie. Die Erdsonden werden durch verschiedene Bohrungen tiefer in die Erde eingelassen. Dagegen befinden sich die Erdkollektoren nur knapp unter der Erdoberfläche, verfügen allerdings über grosse Flächen, welche die Wärmeenergie sehr gut aufnehmen können. Beide Bauteile bestehen aus einem geschlossenen Kreislauf, in welchem eine frostsichere Flüssigkeit zirkuliert, die Sole genannt wird. Die verbaute Pumpe sorgt dafür, dass die Sole stets in Bewegung ist und die Wärme aus der Erde an die Wärmepumpe weitergeleitet wird.

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpen setzen vor allem die neuen Massstäbe bei ihrer Effizienz. Daher erreichen fast alle bekannten Wärmepumpen die derzeit grösste Energieeffizienzklasse A++. Diese sind sie jedoch nicht nur beim Energieeinsatz sparsam, sondern meistens auch bei ihrer Installation. Ein anderer bedeutender Effizienzvorteil ist die weitestgehend ganzjährig konstant hohe Temperatur des Grundwassers. Daher werden Leistungskennzahlen (COP) von mehr als 5.0 möglich.

Die unterirdischen Vorkommen des Grundwassers nutzten die Menschen zu allen Zeiten, schliesslich stellen diese die lebensnotwendige Versorgung mit Trinkwasser sicher. Das Grundwasser aber kann noch viel mehr und ist schon lange nicht nur zum Duschen, Trinken und für die Bewässerung des Gartens gut. Mit diesem Wasser lassen sich zugleich die Gebäude beheizen und ebenso kann das Brauchwasser mit dieser Hilfe auf die gewünschte Duschtemperatur erwärmt werden. Ein Grund hierfür ist die recht konstante Temperatur der oberflächennahen Vorkommen des Grundwassers, die nur geringen Temperaturschwankungen in den Jahreszeiten unterlegen ist.

Bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist der Primärkreislauf offen, denn dann Grundwasser umkreist dabei ohne Rohrleitungen und frei das Erdreich. Dieser offene Kreislauf erspart einerseits ein Rohrleitungssystem, wie es bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe bekannt ist, ermöglicht jedoch andererseits, dass der Betrieb von der Qualität und der Menge des Grundwassers abhängt. Zwei Brunnen sind für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe nötig. 

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