Wärmepumpe: Aufbau und Funktion

Die Wärmepumpe ist mittlerweile das Heizsystem der Wahl, wenn eine umwelt- und klimafreundliche Heizung ins Zuhause einziehen soll. Im Neubau sind Wärmepumpen längst Standard, doch auch bei einer Heizungserneuerung im Altbau setzen sie sich nach und nach durch. Wärmepumpen halten das Haus mit erneuerbaren Energien aus der Umgebung im Winter schön warm – mit Ökostrom betrieben sogar ganz ohne CO₂ zu verursachen. 

Ob Luft-Wasser-Wärmepumpe, Wasser-Wasser-Wärmepumpe oder Sole-Wasser-Wärmepumpe – Wärmepumpen-Heizsysteme sind, unabhängig von der Art der Umweltenergie, mit der sie arbeiten, ähnlich aufgebaut. Wärmepumpen-Heizungen bestehen aus drei Teilen, einer Wärmequellenanlage, der eigentlichen Wärmepumpe und dem Wärmeverteil- und Speichersystem:

• Wärmequellenanlage: Sie nimmt die benötigte Wärme aus der Umwelt auf, etwa aus der Luft, der Erde oder dem Grundwasser. Bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe saugt ein strombetriebener Ventilator die Umgebungswärme aus der Luft an.
• Wärmepumpe: In der eigentlichen Wärmepumpe befinden sich unter anderem ein Verdampfer, ein Verdichter und ein Verflüssiger. Diese Komponenten machen die Umweltwärme für das Heizsystem nutzbar; sie wandeln die aufgenommene Energie mit Hilfe von Strom in Wärme zum Heizen um.
• Wärmeverteil- und Speichersystem: Dieser dritte Abschnitt verteilt die Wärme im Gebäude, zum Beispiel über eine Wand- oder Fußbodenheizung oder über normale Heizkörper. Wird gerade keine Wärme zum Heizen oder für Warmwasser benötigt, kann ein System mit Speicher sie für einen späteren Zeitpunkt einspeichern. 

Die Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt. Der Kühlschrank entzieht seinem Innenraum Wärme und leitet sie nach außen in die Küche ab. Die Wärmepumpe dagegen nimmt die außerhalb des Gebäudes vorhandene Wärme auf und wandelt sie in Heizenergie um, die sie ins Innere des Hauses abgibt. So funktioniert der Kreislauf innerhalb einer Wärmepumpe im Einzelnen:

1. Schritt: Die Umgebungswärme erwärmt mittels eines Wärmetauschers ein Kältemittel. Das Kältemittel verdampft dadurch im Verdampfer.

2. Schritt: Ein elektrisch betriebener Kompressor verdichtet das jetzt gasförmige Kältemittel im Verdichter. Bei dem Verdichtungsprozess erhitzt sich der Dampf.

3. Schritt: Der heiße, unter Druck stehende Kältemitteldampf gelangt in den Verflüssiger der Wärmepumpe. Dort gibt er seine Wärme mithilfe eines weiteren Wärmetauschers an das Heizwasser ab. Dabei kondensiert er, steht jedoch noch unter Druck.

4. Schritt: Das jetzt wieder flüssige Kältemittel fließt durch ein sogenanntes Entspannungsventil. Dabei wird sein Druck reduziert. Es kühlt sich ab, bis es seine ursprüngliche Temperatur erreicht hat. Jetzt kann der Kreislauf erneut beginnen. 

Läuft die Wärmepumpe auch im Winter, wenn die Umgebung viel kälter ist? Ja, die Wärmepumpe funktioniert auch dann zuverlässig, wenn es draußen sehr kalt ist. Selbst wenn Minusgrade herrschen und es schneit, bleiben die Temperaturen unter der Erdoberfläche in der Regel im Plus-Bereich. So laufen Wärmepumpen, die Erdwärme oder das Grundwasser als Umgebungswärme nutzen, problemlos.

Und wie sieht es mit Luft-Wasser-Wärmepumpen aus? Auch bei minus 20 Grad Celsius Außentemperatur enthält die Luft noch genug Wärmeenergie, um das Kältemittel in der Wärmepumpe ausreichend zu erwärmen. Voraussetzung ist, dass die Wärmepumpe in Altbau und Neubau bei der Planung ausreichend dimensioniert wurde. Bei modernen Luft-Wasser-Wärmepumpen ist oft ein zusätzlicher Heizstab verbaut, der automatisch dazugeschaltet wird, wenn es draußen sehr kalt ist.

Die nachhaltige Wärmepumpe ersetzt im Zuge der Energiewende nach und nach andere Heizungen wie die Gasheizung oder die Ölheizung. Besonders umweltfreundlich sind Wärmepumpen, wenn sie mit Ökostrom betrieben werden, denn der ist klimaneutral. Noch besser ist es, eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach zu kombinieren. So geht die persönliche Energiewende ganz einfach.