Die Wärmepumpe entzieht ihrer direkten Umgebung Wärme, die vor allem zum energiesparenden Heizen und Warmwasserbereiten genutzt wird. Die Wärme wird in einem in sich geschlossenen Kreislauf von einem Energieträgermedium transportiert.
Ihr Prinzip funktioniert wie ein herkömmlicher Kühlschrank, der den eingelagerten Lebensmitteln ihre innere Wärme entzieht und diese sodann auf seiner Rückseite wieder an den Raum zurück gibt.
Wärmepumpen nutzen u.a. die natürliche Umweltwärme (Sonne) und rechnen somit zu den regenerativen Energiequellen. Sie werden immer häufiger in Kombination mit Sonnenkollektoren verwendet.
Es gibt drei Arten von Wärmepumpen
Luft/Wasser Wärmepumpe
Die Luft/Wasser Wärmepumpe, gebraucht die rundherum liegende Außenluft als Wärmequelle. Auch bei Temperaturen bis - 15° entzieht sie der Luft noch Energie zum Heizen. Sie ist zwar die im Preis-/Leistungsverhältnis effektivste Pumpe, erreicht aber auch nicht die Leitzahlen der Sole/Wasser oder Wasser/Wasser Wärmepumpe. Eine schnellreagierende Luftwärmepumpe ist ein fortschrittliches Heizsystem: Diese Wärmepumpe bezieht ca. zwei Drittel der zum Heizen erforderlichen Energie kostenfrei aus der Umwelt, für das restliche Drittel wird Strom als Antriebsenergie beansprucht. Die Außenluft wird von weinem Ventilator am ebenfalls außenliegenden Verdampfer der Wärmepumpe vorbeigeführt. und zum Innengerät, dem Verflüsssiger befördert.
Sole/Wasser- Wärmepumpe
Die Sole/Wasser-Wärmepumpe verwendet die im Erdreich lagernde Wärme. Auch dort ist ähnlich wie im Grundwasser das ganze Jahr über eine nahezu unveränderliche Temperatur gegeben. Über einen Erdkollektor, der in 1,5 m Tiefe wie eine Heizschlange verlegt wird, entzieht die Pumpe der Erde Wärme. Die Platz sparende Alternative zum Erdkollektor ist eine Erdsonde, die weit in den Boden reicht. Die Temperatur liegt dort ganzjährig konstant bei ca.8 °C. Die Sole/Wasser- Wärmepumpe wird in der Regel monovalent (alleiniges Heizsystem) eingesetzt. Sie erreicht Arbeitszahlen zwischen 4 und 5 und ist die am vorwiegendsten eingesetzte Art im heutigen Hausbau.
Wasser/Wasser- Wärmepumpe
Die Wasser/Wasser- Wärmepumpe zieht die Heizwärme aus dem Grundwasser. Voraussetzung zum Betrieb ist hinlänglich verfügbares und nicht aggressives Grundwasser, das für den Wärmepumpenbetrieb zugänglich ist. Erforderlich ist dabei, die Genehmigung des zuständigen Wasserwirtschaftsamtes. Die Wasser/Wasser- Wärmepumpe erreicht die besten Arbeitszahlen.
Grundprinzip der Wärmepumpe
Das Grundprinzip der Wärmepumpe ist relativ einfach erklärt. Eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Propan o.ä., wird in einen in sich geschlossenen Kreislauf mit unterschiedlichem Druck geführt.
Unter niedrigem Druck nimmt die Flüssigkeit im sog. Verdampfer die Wärme aus der Umgebung auf. Danach wird mit einer Pumpe ein höheres Druck- und Temperaturniveau erzielt.
Der Kondensator gibt die Wärme an einen Heizkreislauf ab und kühlt sich hierbei. Ein eingebautes Drosselventil senkt den entstandenen Druck, die erhöhte Temperatur fällt ab, das Arbeitsmedium (niedriger Druck) kann dann dem Verdampfer zugeführt werden.
Es gibt auf dem Markt unterschiedliche Techniken/Ausführungen von Wärmepumpen. Am z.Zt. verbreitetsten sind die Kompressionswärmepumpen.
Bei Einfamilienhäuser und Eigentumswohnungen finden zumeist Kleinwärmepumpen zur Brauchwassererwärmung und Heizung ihren Einsatz. Diese werden durch Elektromotoren angetrieben, hingegen größere Anlagen oftmals von leistungsstarken Gasmotoren.
Diese o.a. Kleinwärmepumpen werden stetig technisch weiterentwickelt, um möglichst noch kostengünstiger den Heizungsbedarf zu decken und die vorherschenden Durchschnittstemperaturen (Wärmequellen) präziser anzupassen, um auch hier eine hohe Effizienz zu erzielen.
Die betriebenen Großanlagen mit Gasmotoren, die konventionellen Verbrennungsmotoren ähneln, haben den Vorteil eines hohen primärenergetischen Wirkungsgrades. Allerdings sind die Grundinvestitionskosten sowie der Betriebs- und Wartungsaufwand allgemein höher.
Die relativ neuentwickelten kleinen gasbetriebenen Wärmepumpen eignen sich mit einer Heizleistung von nur 3,6 kW auch für den Einsatz in Niedrigenergiehäusern. Einen höheren Leistungsbedarf im Winter oder für das Warmwasser wird durch einen in das Gerät integrierten Brennwertkessel problemlos bewältigt.
Zu den verbreiteten Kompressionswärmepumpen unterscheiden sich die Absorptionswärmepumpen. Bei Letzteren ist der mechanische Kompressor durch einen thermischen Verdichter, der mit einem Zweistoff-Gemisch arbeitet, ersetzt. Diese Wärmepumpe kann von jeder Art thermischer Energie mit ausreichend hohem Temperaturniveau betrieben werden. (z.B. Heizöl, Erdgas, Biobrennstoffen) Sie garantieren einen weitesgehend wartungsarmen Lebenslauf, da außer einer kleinen Lösungsmittelpumpe keine weiteren beweglichen Teile vorhanden sind. Absorptionswärmepumpen finden in der Industrie, zur Nutzung von Abwärme, ihren Einsatz.