Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie eine Wärmepumpe arbeitet? Im Grunde nutzt eine Wärmepumpe die Wärme aus der Umgebung – zum Beispiel aus der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser – und wandelt sie in Heizwärme und Warmwasser für Ihr Haus um. Sie nutzt dafür die in der Natur vorhandene Energie und benötigt keine fossilen Brennstoffe, um zu heizen. So gilt die Wärmepumpe als besonders umweltfreundliche Alternative zu klassischen Heizsystemen.

Das Prinzip dahinter basiert auf einem einfachen physikalischen Vorgang, den wir Ihnen gleich genauer erklären. Es steckt moderne Technik dahinter, die auf Energieeinsparung und Nachhaltigkeit ausgelegt ist.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das sich von Heizungen mit Öl oder Gas deutlich unterscheidet. Sie verbrennt keine Brennstoffe, um Wärme zu erzeugen, sondern “pumpt” Wärme von einem Ort, an dem es kälter ist, zu einem Ort, an dem es wärmer werden soll. Stellen Sie sich vor, sie funktioniert wie ein umgekehrter Kühlschrank: Während der Kühlschrank seinem Inneren Wärme entzieht und diese nach außen abgibt, holt die Wärmepumpe die Wärme aus der Umwelt und gibt sie in Ihr Heizsystem ab.

Für diesen Vorgang wird meist elektrische Energie benötigt, die den Kompressor antreibt. Das Besondere daran ist, dass man pro eingesetzter Kilowattstunde Strom oft ein Vielfaches an Wärme erzeugen kann. Wie effizient das ist, zeigt die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ), die das Verhältnis von Stromverbrauch zur gewonnenen Wärme beschreibt.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Im Inneren jeder Wärmepumpe befindet sich ein geschlossener Kreislauf, durch den ein bestimmtes Kältemittel fließt. Dieses Kältemittel kann bereits bei niedrigen Temperaturen verdampfen und genau das ermöglicht es, selbst aus kalter Umgebung noch Energie zu gewinnen.

Der Ablauf besteht immer aus vier wiederkehrenden Schritten. Gemeinsam sorgen die Bauteile dafür, dass Ihr Zuhause angenehm warm bleibt.

Das Grundprinzip: Umgekehrtes Kühlschrankprinzip

Vielleicht wissen Sie, wie ein Kühlschrank funktioniert: Er nimmt aus seinem Inneren Wärme auf und gibt sie nach draußen ab. Eine Wärmepumpe macht das Gleiche – nur umgekehrt. Sie nimmt die Wärme von außen auf und bringt sie hinein, dorthin, wo sie gebraucht wird. Das klingt ungewöhnlich, denn normalerweise fließt Wärme von warm zu kalt. Mit etwas Stromaufwand sorgt die Wärmepumpe aber dafür, dass das Kältemittel seinen Zustand ändern und so die Wärme von außen ins Haus bringen kann.

Dank dieses Prinzips lässt sich sogar bei Temperaturen unter null Grad noch genug Energie aus der Umgebung gewinnen, um ein Haus zu heizen.

Die wichtigsten Bauteile einer Wärmepumpe

Im Kältekreislauf der Wärmepumpe arbeiten vier Hauptkomponenten zusammen:

• Verdampfer: Hier holt das Kältemittel die Umweltwärme auf. Es verdampft und wird gasförmig.
• Verdichter (Kompressor): Mit Hilfe von Strom wird das nun gasförmige Kältemittel verdichtet. Dadurch steigt der Druck und damit auch die Temperatur des Kältemittels.
• Verflüssiger (Kondensator): Im Verflüssiger wird die gespeicherte Wärme an das Heizsystem abgegeben und das Kältemittel wird wieder flüssig.
• Expansionsventil: Hier sinkt der Druck und damit die Temperatur des flüssigen Kältemittels wieder. Jetzt kann es erneut im Verdampfer eingesetzt werden.

Diese vier Teile bilden gemeinsam einen Kreislauf, der immer wieder abläuft und dadurch fortlaufend Wärme von außen nach innen bringt.

Der Ablauf im Kältekreis

Dieser Kreisprozess läuft ständig weiter, solange Wärme für das Haus gebraucht wird.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Wärmepumpen werden nach der Art ihrer Wärmequelle unterschieden. Welche Variante am besten passt, hängt unter anderem vom Standort, vom Energiebedarf des Gebäudes und den Kosten ab. Es gibt drei Hauptarten:

• Luft-Wasser-Wärmepumpe
• Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmepumpe)
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Diese Art ist besonders beliebt in Einfamilienhäusern. Sie nutzt die Außenluft als Quelle für die Wärme. Ein eingebauter Ventilator saugt die Luft an und überträgt die Energie auf das Kältemittel.

• Vorteil: Einfache und günstige Installation – keine Bohrungen nötig.
• Nachteil: Die Leistung hängt von der Außentemperatur ab. Bei sehr kaltem Wetter kann ein zusätzlicher Heizstab nötig werden.

Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmepumpe)

Hierbei wird die Wärme direkt aus dem Erdreich gewonnen – entweder mit flachen Kollektoren oder mit tiefen Sonden. Im Boden zirkuliert eine Sole (Wasser-Frostschutz-Gemisch), die die Wärme zur Wärmepumpe leitet.

• Vorteil: Sehr effizient, weil die Bodentemperatur das gesamte Jahr fast gleich bleibt.
• Nachteil: Die Installation ist aufwändiger und teurer, weil Erdbohrungen oder Grabungen nötig sind, manchmal auch eine Genehmigung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Diese Pumpe nutzt Grundwasser als Wärmequelle. Dafür sind meist zwei Brunnen nötig: Einer zum Fördern, einer zum Zurückleiten des abgekühlten Wassers.

• Vorteil: Sehr hohe Effizienz, weil die Grundwassertemperatur das ganze Jahr konstant bleibt.
• Nachteil: Bauarbeiten für die Brunnen und Genehmigungen sind oft erforderlich. Grundwasser muss vorhanden und in guter Qualität sein.

Wie läuft der Betrieb einer Wärmepumpe ab?

Der Alltag mit einer Wärmepumpe ist einfach: Nach dem Einbau arbeitet sie weitgehend automatisch. Sie passt sich dem Wärmebedarf des Hauses und den Voreinstellungen an. Besonders effizient arbeitet sie mit Flächenheizungen (zum Beispiel Fußboden- oder Wandheizung) oder mit passenden Heizkörpern, weil diese mit niedrigeren Temperaturen auskommen.

Heizen im Winter: Funktion bei Kälte

Auch bei Minusgraden draußen funktioniert die Wärmepumpe noch gut. Das Kältemittel kann schon bei niedrigen Temperaturen Wärme aufnehmen. Bei extremer Kälte (zum Beispiel unter -20°C) kann ein elektrischer Heizstab kurzzeitig unterstützen, aber meist reicht die Wärmepumpe aus. Erd- und Wasser-Wärmepumpen laufen auch bei sehr kaltem Wetter ohne zusätzliche Hilfe, da die Quellentemperatur recht konstant bleibt.

Kühlen im Sommer: Ist das möglich?

Viele moderne Wärmepumpen können auch kühlen. Sie arbeiten dann wie eine Klimaanlage. Hierbei wird die Wärme aus den Wohnräumen aufgenommen und nach draußen abgegeben.

Es gibt zwei Varianten:

• Passive Kühlung: Die Kälte aus Erdreich oder Grundwasser wird direkt genutzt, meist ohne großen Stromverbrauch.
• Aktive Kühlung: Die Wärmepumpe kehrt ihren Kreislauf um, ähnlich wie bei einer Klimaanlage.

Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen eignen sich besonders gut, um im Sommer die kühle Temperatur gleichmäßig im Raum zu verteilen.