Zukunftstechnologie Wärmepumpe – wie funktioniert sie?

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe beruht auf dem Prinzip des Wärmetransports von einem Bereich niedrigerer Temperatur zu einem Bereich höherer Temperatur mithilfe von Arbeit. Eine Wärmepumpe nutzt dazu ein Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und während des Prozesses verdampft und kondensiert. Nachfolgend eine grundlegende Erklärung der Funktionsweise einer Wärmepumpe.

1. Verdampfung (Wärmeaufnahme):

• Der Verdampfungsprozess beginnt, wenn das Kältemittel (normalerweise ein gasförmiges Kältemittel wie beispielsweise R-410A) durch einen Verdampfer geleitet wird.
• Der Verdampfer befindet sich in dem Bereich, aus dem die Wärme entzogen werden soll (z. B. die Außenluft, das Erdreich oder ein Wasserreservoir).
• Durch den Kontakt mit der Wärmequelle verdampft das Kältemittel und nimmt dabei Wärmeenergie auf.

2. Verdichtung (Arbeit zuführen)

• Das gasförmige Kältemittel wird nun in einen Kompressor geleitet, der es komprimiert und dadurch den Druck und die Temperatur erhöht.
• Während dieses Prozesses wird mechanische Arbeit auf das Kältemittel ausgeübt, was zu einem weiteren Anstieg der Temperatur führt.

3. Kondensation (Wärmeabgabe):

• Das hoch komprimierte und erhitzte Kältemittel gelangt nun in einen Kondensator, der sich im Bereich befindet, in dem die Wärme benötigt wird (z. B. das Heizungssystem oder das Warmwasser).
• Im Kondensator gibt das Kältemittel die gespeicherte Wärmeenergie ab und kondensiert dabei wieder zu einem flüssigen Zustand.
• Die abgegebene Wärme wird genutzt, um das Gebäude zu heizen oder Warmwasser bereitzustellen.

4. Expansion (Druckminderung):

• Das flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil geleitet, das den Druck des Kältemittels reduziert und es in den Verdampfer zurückführt.
• Durch die Druckminderung sinkt die Temperatur des Kältemittels, und der Kreislauf beginnt von neuem.

Wiederholung des Kreislaufs

Dieser Kreislauf wiederholt sich kontinuierlich, solange die Wärmepumpe in Betrieb ist. Durch diesen Prozess wird kontinuierlich Wärmeenergie von einem Bereich niedrigerer Temperatur zu einem Bereich höherer Temperatur transportiert, wobei lediglich die erforderliche Antriebsenergie für den Kompressor aufgebracht werden muss. Die erzeugte Heizleistung ist somit deutlich höher als die zugeführte elektrische Leistung, was zu einer hohen Effizienz der Wärmepumpe führt.

Dieses Prinzip ermöglicht es Wärmepumpen, effizient und umweltfreundlich Wärmeenergie zu nutzen und Gebäude zu heizen oder zu kühlen, je nach Bedarf.