Basiswissen: Wärmepumpen

Wir setzen Wärmepumpen …

… in unseren Gebäudeenergie-Systemen res-FunPaks und optional bei der res-Poolheizung ein.

Wärmepumpen – eigentlich nichts Neues …

Das Prinzip der Wärmepumpe ist schon sehr alt, die erste Kältemaschine (als solche wurden sie nämlich erfunden!) wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts gebaut.

Wärmepumpen arbeiten ähnlich wie Kühlschränke und sind ebenso wartungsarm wie diese, aufgrund ihrer Komponenten im Industriestandard sind sie jedoch viel robuster und sehr langlebig.
Beim Kühlschrank wird dem Innenraum und den darin aufbewahrten Lebensmitteln Wärme entzogen und mittels Wärmetauscher, sozusagen konzentriert, an der Rückseite abgegeben.

Wärmepumpen entnehmen der jeweiligen Energiequelle – bei Anlagen und Systemen von res sind dies die wassergekühlten PV-Module res-PV++, Erde, Eisspeicher oder Luft – Wärmeenergie und geben sie an die Heizungsanlage, bzw. an deren Pufferspeicher ab.

 Und so funktioniert eine Wärmepumpe:

In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert das Kältemittel, eine Flüssigkeit mit sehr niedrigem Siedepunkt, die schon bei Minusgraden verdampft. Dies ermöglicht die ungehinderte Arbeit der Wärmepumpe auch im Winter.

Im ersten Schritt nimmt das Kältemittel im Verdampfer (ein Wärmetauscher) kostenlose Wärme aus der Umwelt auf. Diese Zufuhr an Wärmeenergie lässt die Flüssigkeit verdampfen.

Im zweiten Schritt setzt ein Kompressor (Verdichter) den Dampf unter Druck, verdichtet ihn und erhöht dadurch dessen Temperatur. Ein Effekt wie er vom Aufpumpen eines Fahrradreifens bekannt ist: die Pumpe erwärmt sich vorne spürbar, wenn die Luft dort zusammengepresst wird.
Bei Wärmepumpen mit Heißgasnutzung wird hier für die Warmwasserbereitung schon Wärmeenergie entnommen (s. u.).

Im dritten Schritt überträgt der Verflüssiger (Kondensator), wieder ein Wärmetauscher, die jetzt hohe Temperatur des gasförmigen Kältemittels an das Heizungssystem. Durch den Wärmeentzug wird das Kältemittel wieder flüssig, steht aber noch unter Druck.

Schritt vier: Über das Expansionsventil „entspannt“ die Flüssigkeit, die dadurch stark abkühlt. Derselbe Effekt wie bei Spraydosen: auch hier wird die Flüssigkeit am Austrittsventil eiskalt. Die sehr kalte Flüssigkeit nimmt nun erneut Wärmeenergie aus der Umwelt auf, verdampft dabei – der Kreislauf beginnt von Neuem.

 

 Heißgasnutzung

Die meisten wärmepumpen von res sind optional mit Heißgasnutzung erhältlich. Bei diesem Verfahren wird dem Kreislauf schon nach der Verdichtung des Dampfes (Heißgas) Wärmeenergie für den oberen Bereich des Pufferspeichers (für die Warmwasserbereitung) entnommen. Da die Temperatur bei Niedrigenergieheizungen wie unseren Systemen res-FunPaks, deutlich unter der des Warmwassers liegt, wird so Energie beim Aufladen des Puffers für die Heizung gespart.