Die Wärmepumpe: Funktion und Nutzen

Eine Wärmepumpe ist prinzipiell ein maschineller Kreislauf, der dazu dient, natürliche Wärme aus Luft, Grundwasser oder Erdreich zu gewinnen, um sie anschließend als Nutzwärme an einen Haushalt abzugeben. Dazu ist in der Regel eine elektrische Antriebsquelle erforderlich. Die gewonnene Wärme kann zur Einspeisung in das Heizsystem vorgesehen sein oder auch zur Warmwasseraufbereitung. In letzterem Fall wird speziell von einer Warmwasser- oder auch Brauchwasser-Wärmepumpe gesprochen. Der Begriff einer "Pumpe" wird verwendet, weil die gewonnene Energie vor der Nutzung durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, anders gesagt: "gepumpt" wird.

Das Spannende an einer Wärmepumpe ist, dass die erforderliche Wärmeenergie nicht aus fossilen Brennstoffen, sondern aus natürlicher Umgebungswärme gewonnen wird. Das ist umso erstaunlicher, als die verfügbaren Wärmequellen mit Luft, Erdwärme und Grundwasser eigentlich vergleichsweise kühl sind. Niemand wird behaupten wollen, dass Grundwasser besonders warm ist. Die Temperatur in den für Erdwärmepumpen nutzbaren Bodenschichten beträgt gerade einmal um die 8-10 Grad. Dennoch dient beides als Energiequelle für die Wärmepumpe. Und Außenluft kann selbst um den Gefrierpunkt herum noch Wärme an den Haushalt liefern. Wie ist das möglich?

Wie lassen sich bei einer Wärmepumpe Funktion und Prinzip im Detail darstellen? Nun, das ist eigentlich gar nicht so schwer. Grundsätzlich braucht es im Herzen der Wärmepumpe zunächst ein Kreislaufsystem, durch welches ein flüssiges Kühlmittel geführt wird. In einem speziellen Wärmetauscher, dem sogenannten Verdampfer, wird über einen externen Wasser- bzw. Luftkreislauf die Umweltwärme an den Kühlmittelkreislauf herangeführt. Das Kühlmittel kann dank dieses Arrangements Wärmeenergie aufnehmen, wobei es aufgrund seiner niedrigen Siedetemperatur sofort in den gasförmigen Zustand übergeht. Die Energie bleibt nun in dem gasförmigen Mittel gespeichert und wird von diesem weiter durch den Kreislauf der Wärmepumpe geführt.

Nun gelangt das Kühlmittel in einen Verdichter, wo es auf ein geringeres Volumen zusammengedrückt und somit verdichtet wird. Mit dem Druck steigt aber auch die Temperatur in dem Gas weiter an. Das Medium wird dadurch auf ein höheres Temperatur-Niveau gepumpt. Für diesen Vorgang ist der Einsatz externer Antriebsenergie notwendig – zumeist in Form von Elektrizität. Die Wärmpumpe erzeugt also nicht nur Wärme, sondern verbraucht dabei durchaus auch selbst Energie.

Wärmepumpen bieten einige beachtenswerte Vorteile, die aber nicht in jedem Fall gelten. So sind für den laufenden Betrieb und die eigentliche Wärmegewinnung keine zusätzliche Energieträger wie Öl, Gas, Koks oder Pellets erforderlich. Das hält die laufenden Kosten erfreulich niedrig und spart Platz im Haus. Andererseits arbeitet die Wärmepumpe, Funktion und Effizienz betreffend, am besten, wenn die Vorlauftemperatur im Heizungskreislauf möglichst niedrig ist. Wärmepumpen bieten sich somit vor allem dann an, wenn mit ihnen Niedertemperaturheizungen, also Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizung betrieben werden sollen. Kommt im Haus dagegen bereits ein elektrisches Heizsystem, z.B. eine Infrarotheizung, zum Einsatz, kann eine zusätzliche Wärmepumpe dennoch von Nutzen sein. Denn diese übernimmt hier die Warmwasseraufbereitung, welche sich in einem solchen Szenario nicht über den Heizungskreislauf realisieren ließe.