Marjo Goffin

Wie funktionieren Wärmepumpen?

9. Juni 2023
11:58 Uhr

Wärmepumpen haben seit ihrer Einführung im frühen 19. Jahrhundert einen langen Weg zurückgelegt. Die Technologie hinter ihrem Betrieb hat sich erheblich weiterentwickelt und ermöglicht erhöhte Effizienz und breitere Anwendbarkeit.

Heutzutage werden Wärmepumpen allgemein für ihre Energiesparfähigkeiten und Umweltfreundlichkeit anerkannt.

In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über die Funktionsweise von Wärmepumpen wissen müssen, einschließlich:

So funktionieren Wärmepumpen
Die drei verschiedenen Arten von Wärmepumpen
Die verschiedenen Teile, Komponenten und Funktionen einer Wärmepumpe
So warten Sie eine Wärmepumpe
Die Lebenserwartung von Wärmepumpen
So teuer ist der Betrieb einer Wärmepumpe
Allgemeine FAQs zu Wärmepumpen
Und mehr..

WIE FUNKTIONIEREN WÄRMEPUMPEN?

Eine Wärmepumpe ist ein vielseitiges Heiz- und Kühlsystem, das Wärme von einem Ort zum anderen überträgt. Die Hauptfunktion einer Wärmepumpe besteht darin, mithilfe von Elektrizität Wärme von einem warmen Ort zu einem kühleren zu transportieren. Damit ist sie eine energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Heiz- und Kühlsystemen. Der Betrieb dieser Wärmepumpe umfasst einen Heiz- und Kühlzyklus, der das Raumklima in Wohnhäusern und Gewerbegebäuden effektiv regelt.

Der Wärmepumpenprozess umfasst mehrere Komponenten, die zusammenarbeiten, um Wärme zu übertragen. Vereinfacht ausgedrückt entzieht er der Luft (bei Luftwärmepumpen), dem Boden (bei Erdwärmepumpen) oder Wasser (bei Wasserwärmepumpen) Wärme und transportiert sie dorthin, wo sie benötigt wird. Diese Wärmepumpenfunktion ist nicht nur zum Heizen im Winter, sondern auch zum Kühlen im Sommer von Vorteil.

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die jeweils für unterschiedliche Umgebungen und Anforderungen geeignet sind. Dazu gehören Luft-, Erd- und Wasserwärmepumpen. Wenn man die Funktion einer Wärmepumpe versteht, kann man ihre Rolle bei der Energieeffizienz und Klimakontrolle besser einschätzen.

GIBT ES VERSCHIEDENE WÄRMEPUMPENTYPEN?

Wärmepumpen sind eine effiziente und umweltfreundliche Möglichkeit, Häuser zu heizen, indem sie Wärme aus verschiedenen Quellen beziehen. Es gibt drei Haupttypen von Wärmepumpen, je nach der von ihnen verwendeten Wärmequelle: Luftwärmepumpen, Erdwärmepumpen und Wasserwärmepumpen. Jeder Typ hat seine eigenen Vorteile und Anwendungen, abhängig vom lokalen Klima und Heizbedarf.

Luftwärmepumpen, die Wärme aus der Außenluft beziehen, sind die am häufigsten vorkommende Art von Wärmepumpen. Sie sind leicht zu installieren und funktionieren gut in gemäßigten Klimazonen. Die beiden Haupttypen von Luftwärmepumpen sind Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen. Luft-Luft-Wärmepumpen sorgen für die Beheizung von Innenräumen, während Luft-Wasser-Wärmepumpen häufig zum Beheizen von Heizkörpern, Fußbodenheizungen und zur Warmwasserbereitung in einem Haus eingesetzt werden.
Erdwärmepumpen, auch als Erdwärmepumpen bekannt, beziehen Wärme aus dem Boden über ein System unterirdischer Rohre, die mit Kühlmittel gefüllt sind. Sie sind teurer in der Installation als Luftwärmepumpen, aber viel effizienter und funktionieren gut in kälteren Klimazonen. Es gibt zwei Hauptuntertypen von Erdwärmepumpen: horizontale und vertikale. Bei horizontalen Wärmepumpen sind die Rohre in Gräben vergraben, während bei vertikalen Wärmepumpen die Rohre tiefer in die Erde gebohrt sind.
Wasser-Wärmepumpen beziehen Wärme aus einem nahegelegenen Gewässer, wie einem See oder Fluss, mithilfe eines Systems unterirdischer Rohre. Sie sind sehr effizient und sorgen für eine konstante Temperatur, benötigen aber eine nahegelegene Wasserquelle. Zwei Hauptuntertypen von Wasserwärmepumpen sind offene und geschlossene Kreisläufe. Offene Wärmepumpen beziehen Wasser direkt aus der Quelle, während geschlossene Wärmepumpen ein System unterirdischer Rohre verwenden, die mit Wasser oder Frostschutzmittel gefüllt sind, um Wärme zu übertragen.

Bei der Überlegung, welche Art von Wärmepumpe installiert werden soll und ob sie in der Lage sein wird, das ganze Haus heizenist es wichtig, mehrere Faktoren zu berücksichtigen, darunter das lokale Klima, die Hausgröße und das Budget. Es ist auch wichtig, einen seriösen Wärmepumpenlieferanten zu wählen und die spezifischen Heizbedürfnisse des Hauses zu berücksichtigen, z. B. ob Fußbodenheizung oder Heizkörper benötigt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wärmepumpen eine effiziente und umweltfreundliche Möglichkeit sind, Häuser mithilfe verschiedener Wärmequellen zu heizen. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Wärmepumpe Faktoren wie das lokale Klima, die Gartengröße, das Budget und den spezifischen Heizbedarf des Hauses.

WÄRMEPUMPENKOMPONENTEN UND -BETRIEB

Eine Wärmepumpe ist eine energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Heiz- und Kühlsystemen. Sie funktioniert, indem sie je nach Jahreszeit oder gewünschter Temperatur Wärme von einem Ort zum anderen überträgt. Das System besteht aus verschiedenen Wärmepumpenkomponenten, die für maximale Effizienz zusammenarbeiten. Um zu verstehen, wie ein Wärmepumpensystem funktioniert, ist es wichtig, die Komponenten und ihre Rollen zu verstehen.

In diesem Artikel werden die verschiedenen Teile und Funktionen einer Wärmepumpe erläutert und es wird ein Einblick gegeben, wie jedes Element zum Gesamtbetrieb der Wärmepumpe beiträgt. Zu den wichtigsten Komponenten und Funktionen einer Wärmepumpe gehören:

INNENGERÄT

Die Inneneinheit einer Wärmepumpe ist eine wichtige Komponente, die für die Verteilung der klimatisierten Luft in Ihrem Haus verantwortlich ist. Sie enthält eine Verdampferschlange, einen Gebläseventilator und verschiedene Bedienelemente. Die Verdampferschlange spielt eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von Wärme aus der Innenluft, wenn sich die Wärmepumpe im Kühlmodus befindet, oder bei der Abgabe von Wärme an die Innenluft im Heizmodus. Wenn Luft über die Schlange strömt, nimmt das Kühlmittel darin je nach Zyklus Wärme auf oder gibt sie ab und reguliert so die Innentemperatur.

Der Gebläseventilator im Innengerät sorgt dafür, dass die aufbereitete Luft effizient im gesamten Raum zirkuliert. Er saugt Luft aus dem Raum an, leitet sie über die Verdampferschlange und drückt die aufbereitete Luft dann zurück in den Wohnraum. Das Innengerät beherbergt auch die Steuerungssysteme, die den Betrieb der Wärmepumpe steuern und sicherstellen, dass sie effizient arbeitet und die gewünschte Temperatur aufrechterhält.

Insgesamt ist das Innengerät für die Aufrechterhaltung des Komforts im Innenbereich unerlässlich. Es verteilt warme oder kalte Luft je nach Bedarf und stellt sicher, dass das System reibungslos funktioniert. Die ordnungsgemäße Wartung des Innengeräts, einschließlich der regelmäßigen Reinigung der Spulen und des Lüfters, ist für die optimale Leistung des Wärmepumpensystems von entscheidender Bedeutung.

AUSSENGERÄT

Die Außeneinheit einer Wärmepumpe ist ebenso wichtig und arbeitet in Verbindung mit der Inneneinheit, um die Innentemperaturen zu regulieren. Sie enthält hauptsächlich den Kompressor, die Kondensatorspule und einen Ventilator. Der Kompressor ist dafür verantwortlich, das Kühlmittel unter Druck zu setzen und es zwischen den Innen- und Außeneinheiten zirkulieren zu lassen. Dieser Prozess ist für den Wärmeübertragungszyklus unerlässlich, der es der Wärmepumpe ermöglicht, zu heizen und zu kühlen.

Im Außengerät gibt die Kondensatorspule im Kühlmodus die von der Innenumgebung aufgenommene Wärme an die Außenluft ab. Im Heizmodus hingegen nimmt die Kondensatorspule auch bei kalten Temperaturen Wärme aus der Außenluft auf und überträgt sie auf das Kühlmittel. Der Lüfter im Außengerät unterstützt diesen Wärmeaustauschprozess, indem er dafür sorgt, dass die Luft effizient über die Kondensatorspule strömt.

Das Außengerät ist so konzipiert, dass es verschiedenen Wetterbedingungen standhält und das ganze Jahr über in Betrieb ist. Regelmäßige Wartung, wie das Entfernen von Schmutz und die Gewährleistung einer ausreichenden Luftzirkulation um das Gerät herum, ist für seine Effizienz und Langlebigkeit unerlässlich. Durch das Verständnis der Funktionen und Wartungsanforderungen des Außengeräts können Hausbesitzer sicherstellen, dass ihr Wärmepumpensystem effizient arbeitet und das ganze Jahr über Komfort bietet.

KOMPRESSOR

Der Kompressor ist eine wesentliche Komponente einer Luftwärmepumpe. Er spielt eine entscheidende Rolle im Betrieb der Wärmepumpe, indem er das Kühlmittel unter Druck setzt und durch die gesamte Einheit zirkulieren lässt. Um zu verstehen, wie ein Wärmepumpenkompressor funktioniert, ist es wichtig, seine Funktion innerhalb des Systems zu kennen.

Wenn das Kühlmittel in den Kompressor gelangt, ist es gasförmig. Der Kompressor beginnt dann, eine Kraft auf das Gas auszuüben und es zu komprimieren, wodurch Druck und Temperatur des Kühlmittels steigen. Diese Kompression des Kühlmittelgases erzeugt die Energie, die zum Antrieb des Wärmepumpenprozesses benötigt wird. Dies ist eine der entscheidenden Funktionen des Kompressors und veranschaulicht, wie ein Wärmepumpenkompressor funktioniert.

Das durch die Kompression entstehende Hochdruckgas wird dann durch den Wärmetauscher oder Kondensator im Innenbereich geleitet, wo die Wärme auf die Raumluft oder das Wasser übertragen wird. Wenn das Hochdruckgas in den Kondensator gelangt, kondensiert es wieder in einen flüssigen Zustand und gibt die absorbierte Wärme an die Innenumgebung ab. Das gekühlte Kühlmittel fließt dann zurück durch den Verdampfer und zum Kompressor, wo der Zyklus fortgesetzt wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Kompressor dafür verantwortlich ist, das Kühlmittel unter Druck zu setzen und durch die Luftwärmepumpe zu bewegen. Er erfüllt die wichtige Funktion, das Kühlmittelgas zu komprimieren, wodurch die für den Betrieb des Wärmepumpenprozesses erforderliche Energie erzeugt wird. Um zu verstehen, wie ein Wärmepumpenkompressor funktioniert und wie eine Luftwärmepumpe funktioniert, ist es wichtig, die Rolle des Kompressors zu verstehen.

KONDENSATOR

Der Kondensator erhält das gasförmige Kühlmittel vom Kompressor und ist für die Abgabe der Wärme des Kühlmittels an die Umgebung verantwortlich. Normalerweise wird eine Außeneinheit verwendet, um die Wärme abzugeben, die vom Verdampfer aufgenommen und vom Kompressor komprimiert wird.

Um zu verstehen, wie ein Wärmepumpenkondensator funktioniert: Der Prozess der Wärmeabgabe im Kondensator führt dazu, dass das Kühlmittel abgekühlt und wieder in einen flüssigen Zustand kondensiert wird. Dieser Kondensationsprozess ist für die ordnungsgemäße Funktion des Wärmepumpensystems von entscheidender Bedeutung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Kondensator ein wesentlicher Bestandteil eines Wärmepumpensystems ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, gasförmiges Kühlmittel vom Kompressor zu empfangen und es durch Wärmeableitung in einen flüssigen Zustand umzuwandeln. Dieser Prozess spielt eine entscheidende Rolle bei der effizienten Wärmeübertragung von einem Ort zum anderen.

EXPANSIONSVENTIL

Das Expansionsventil ist ein notwendiger Bestandteil des Wärmepumpensystems. Es dient als Dosierventil der Wärmepumpe zur Regulierung des Kältemittelflusses und erleichtert die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpe erforderliche Druck- und Temperaturreduzierung.

Das Expansionsventil in einer Wärmepumpe steuert den Kühlmittelfluss, indem es als enger Durchgang fungiert, der den Druck und die Temperatur des Kühlmittels reduziert. Wenn das Kühlmittel aus der Hochdruckflüssigkeitsleitung in das Expansionsventil gelangt, passiert es eine winzige Öffnung, die den Fluss einschränkt und seinen Druck reduziert. Sobald das Kühlmittel das Expansionsventil passiert hat, gelangt es in die Niederdruckseite des Systems, wo es einen erheblichen Temperaturabfall erfährt. Dieser Vorgang ist wichtig, da er es dem Kühlmittel ermöglicht, Wärme aus der Außeneinheit aufzunehmen und sie im Heizmodus an die Inneneinheit zu übertragen.

Das Expansionsventil spielt eine entscheidende Rolle für den effizienten Betrieb der Wärmepumpe. Ohne dieses Wärmepumpen-Messgerät würde das Kühlmittel ungehindert durch das System fließen, was zu einer unzureichenden Temperatur- und Druckreduzierung führen würde. Dies würde dazu führen, dass die Wärmepumpe ineffizient arbeitet, was zu hohem Energieverbrauch, hohen Betriebskosten und einer erhöhten Umweltbelastung durch Kohlenstoffemissionen führt.

Zusammenfassend ist das Expansionsventil ein wichtiger Bestandteil des Wärmepumpensystems. Es reguliert den Kühlmittelfluss, was zu einer Verringerung von Druck und Temperatur führt. Dadurch kann die Wärmepumpe effektiv arbeiten und Betriebskosten sowie Umweltbelastung minimieren. Bei Systemen mit besonderen Anforderungen könnte man fragen: Haben Wärmepumpen zwei Expansionsventile? Normalerweise verwenden die meisten Systeme ein einzelnes Expansionsventil, aber die Konfigurationen können je nach Design und Anwendung variieren.

VERDAMPFERSCHLÜSSEL

Die Verdampferschlange ist ein notwendiges Element in einem Wärmepumpensystem. Die Verdampferschlange funktioniert zusammen mit anderen Komponenten wie Kompressor, Kondensator und Lüfter, um eine effiziente Heizung und Kühlung zu gewährleisten. Sie ist dafür verantwortlich, Wärme aus der Luft aufzunehmen und an das Kühlmittel zu übertragen.

Wenn warme Luft vom Ventilator in die Wärmepumpe gesaugt wird, strömt sie über die Verdampferschlange. Die Wärme aus der Luft wird auf das Kühlmittel übertragen, wodurch es sich von einer Flüssigkeit in ein Gas verwandelt. Dieser Vorgang wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Die Verdampferschlange ist so konzipiert, dass sie diesen Wärmeübertragungsprozess erleichtert und so maximale Effizienz im Wärmepumpensystem gewährleistet.

Die Verdampferschlange nimmt Wärme aus der Luft auf und gibt sie während des Wärmeübertragungsprozesses durch den Kondensator ab. Das Kühlmittel ist dafür verantwortlich, die Wärme zum Kondensator zu transportieren, wo sie dann an die Umgebung abgegeben wird. Der Vorgang wiederholt sich ständig, um eine konstante Temperatur im Haus aufrechtzuerhalten.

Es gibt zwei gängige Arten von Verdampferschlangen – Rippen- und Rohr- sowie Plattentypen. Der Rippen- und Rohrtyp wird am häufigsten verwendet und eignet sich für die meisten Wohn- und Gewerbeanwendungen. Er besteht aus dünnen Rohren, die mit einem Rippennetzwerk verbunden sind und so eine maximale Wärmeübertragung ermöglichen. Der Plattentyp hingegen wird in Spezialanwendungen mit begrenztem Platzangebot eingesetzt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verdampferschlange eine entscheidende Rolle beim Betrieb eines Wärmepumpensystems spielt. Ihre Fähigkeit, Wärme aus der Luft aufzunehmen und an das Kühlmittel zu übertragen, ermöglicht effizientes Heizen und Kühlen, was letztlich zu niedrigeren Betriebskosten und einem geringeren CO2-Fußabdruck führt. Unabhängig von der Art der verwendeten Verdampferschlange bleibt ihre Funktion dieselbe – sie erleichtert die Wärmeübertragung und sorgt für eine konstante Temperatur im Haus.

UMKEHRVENTIL

Das Umkehrventil spielt eine entscheidende Rolle beim Betrieb eines Wärmepumpensystems, da es das Umschalten zwischen Kühl- und Heizmodus ermöglicht. Um seine Funktion bei der Aufrechterhaltung des Komforts in Innenräumen zu verstehen, muss man verstehen, wie ein Umkehrventil einer Wärmepumpe funktioniert. Dies geschieht durch die Umkehrung des Kühlmittelflusses, das je nach Wärmepumpentyp Wärme aus der Umgebungsluft oder dem Boden aufnimmt, um eine angenehme Temperatur in Innenräumen aufrechtzuerhalten.

Wenn die Wärmepumpe in den Heizmodus geschaltet wird, lässt das Umkehrventil das Kühlmittel durch die Spule der Außeneinheit oder das Kreislaufsystem der Erdwärmepumpe fließen. Das Kühlmittel absorbiert Wärme aus der Außenumgebung und überträgt diese dann an die Inneneinheit, wo sie freigesetzt wird, um die Luft zu erwärmen. Durch die Umkehrung des Kühlmittelflusses kann die Wärmepumpe effektiv Wärme von außen aufnehmen und nach innen übertragen, um das Haus gemütlich und warm zu halten.

Wenn das Umkehrventil auf Kühlbetrieb umgeschaltet wird, fließt das Kühlmittel in die entgegengesetzte Richtung. Es absorbiert beispielsweise Wärme im Haus und leitet sie nach außen ab, um eine angenehme Temperatur aufrechtzuerhalten. Dies veranschaulicht, wie ein Umkehrventil bei der Temperaturregelung im Haus funktioniert und den Hausbesitzern das ganze Jahr über Komfort bietet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Umkehrventil eine wichtige Komponente im Betrieb des Wärmepumpensystems ist und dafür verantwortlich ist, dass die Wärmepumpe zwischen Heiz- und Kühlmodus wechseln kann. Es kehrt den Kühlmittelfluss um, sodass die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung aufnehmen, an die Inneneinheit übertragen oder nach außen abgeben kann. Das Umkehrventil spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Temperatur im Haus und sorgt für ein angenehmes Wohnklima.