Wärmepumpe: Funktionsweise

Das technische Prinzip einer Wärmepumpe entspricht dem eines Kühlschranks – nur umgekehrt. Bei einem Kühlschrank wird die Wärme von innen nach außen geleitet. Bei einer Wärmepumpe funktioniert das genau umgekehrt. Die Wärme von außen – z. B. aus der Erde – wird über das Heizsystem nach innen, in den Wohnraum, geführt.

Um die Temperatur anzuheben, wird ein Kältemitteldampf verdichtet. So lange, bis die Temperatur für Heizung und Trinkwassererwärmung genügt.

Für die Wärmeerzeugung wird beispielsweise der Umgebungsluft auf niedrigem Temperaturniveau Wärme entzogen und mit ihr ein bei niedriger Temperatur siedendes Arbeitsmittel (klimaverträgliches Arbeitsmittel wie R407 C) verdampft. Das zuvor flüssige Arbeitsmittel verlässt den Verdampfer (3) gasförmig. Das Gas wird in einem Verdichter (1) komprimiert und damit erwärmt. Das erwärmte Gas gibt die Wärme im Kondensator (2) an das Heizungswasser zur Gebäudebeheizung oder zur Trinkwasserbereitung ab und verflüssigt sich dabei wieder. Zuletzt wird das noch unter Druck stehende Arbeitsmittel in einem Expansionsventil (4) entspannt, und der Kreislauf beginnt von vorne.

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http://www.dimplex.de



Wärmequellen - Energie aus der Natur

 

Hier werden die verschiedenen Wärmequellen für Wärmepumpen näher erläutert.

Erdwärme

Die Wärmequellen der Erdwärme können an der Oberfläche in 1 bis 2 m Tiefe durch die horizontale Verlegung der Wärmetauscherrohre oder durch vertikale Erdsonden bis in ca. 100 m Tiefe genutzt werden. 

Das Erdreich wird bis ca. 30-70 cm Tiefe durch die wechselnde Lufttemperatur beeinflusst und bis ca. 10-20 m durch Jahresschwankungen der Lufttemperatur. Ohne diese Einflüsse würde jeder Standort eine Jahresmitteltemperatur haben, die Temperatur würde mit zunehmender Tiefe um ca. 3 °C pro 100 m ansteigen. Die Stärke des Temperatureinflusses hängt deshalb von der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Standortes, von Boden- und Gesteinsart, von der Feuchte, der Homogenität und von Höhenlage, Neigung, Himmelsrichtung und weiteren Faktoren ab.

Die benötigte Fläche für die Wärmequellen liegt in der Regel beim ein- bis zweifachen der Nutzfläche, die beheizt werden soll. Der Wärmebedarf der Nutzfläche schwankt in der Regel zwischen 30 W/Quadratmeter bei einem Niedrigenergiehaus und 80 W/Quadratmeter bei einem Altbau mit Wärmedämmung.

Flächenkollektoren

Flächenkollektoren haben den Vorteil, dass sie unkompliziert und preiswert in der Herstellung sind. Allerdings benötigen Flächenkollektoren eine große Fläche. Bei diesem Verfahren wird die gespeicherte Solarwärme über ein Rohrsystem in der Erde gewonnen. Bei einer zu geringen Kollektorfläche kann die Arbeitszahl kleiner werden. Damit nimmt der "Umweltanteil" der gewonnenen Energie ab und der Stromanteil an der Wärme nimmt zu. Bei der Warmwasserbereitung mit einer Heizungswärmepumpe besteht eine weitere Gefahr: Der Boden kann sich im Sommer nicht mehr ausreichend regenerieren und hat ein schlechteres Pflanzenwachstum und weniger Energieausbeute zur Folge. Auch eine nachträgliche Überbauung der Kollektorfläche und zu geringe Abstände zu Kanal- oder Wasserleitungen mindern die Vorteile dieser Wärmegewinnung. 

Bei horizontalen Erdrohren sind Leistungen zwischen 10-40 W/Quadratmeter zu erwarten. Die horizontalen Rohre werden in einer Tiefe von 130-200 cm und in einem Abstand von etwa 50 Zentimeter verlegt. Die benötigte Fläche der Wärmequellen ergibt sich aus der Größe der zu beheizenden Nutzfläche, dem Wärmebedarf der Nutzfläche, der Wärmeentzugsleistung der Wärmequellen sowie der Leistungszahl der Wärmepumpe.

Tiefenbohrung

Die Verfahren der Tiefenbohrung sind zwar auch auf kleinsten Flächen anwendbar, doch sind sie als Wärmequellen verhältnismäßig teuer. Oft wird Tiefenbohrung als Alternative eingesetzt, wenn die Grundfläche für Flächenkollektoren nicht ausreicht. So genannte Entzugsrohre werden bei der Tiefenbohrungen bis in 150 Meter Tiefe gelegt. Je nach Boden lassen sich pro Bohrmeter rund 70 W Heizleistung erzielen. Voraussetzung für die Bohrung ist eine Zufahrtsmöglichkeit für LKW.