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Wärmepumpe

Funktionsprinzip einer Wärmepumpe. Quelle: BWP

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (z.B. der oberflächennahe Untergrund) aufnimmt und – zusammen mit der Antriebsenergie – als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (Raumheizung) überträgt.

Der verwendete Prozess ist im Prinzip die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses, bei dem Wärmeenergie mit hoher Temperatur aufgenommen und teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt und die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme abgeführt wird, meist an die Umgebung.

Das Prinzip der Wärmepumpe verwendet man auch zum Kühlen (so beim Kühlschrank), während der Begriff „Wärmepumpe“ nur für das Heizaggregat verwendet wird. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die aus dem zu kühlenden Raum aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung (Im Falle des Kühlschranks die Raumluft) abgeführt wird. 

Wärmepumpen werden in der Regel mit Fluiden betrieben, die bei niedrigem Druck unter Wärmezufuhr verdampfen und nach der Verdichtung auf einen höheren Druck unter Wärmeabgabe wieder kondensieren. Der Druck wird so gewählt, dass die Temperaturen des Phasenübergangs einen für die Wärmeübertragung ausreichenden Abstand zu den Temperaturen von Wärmequelle und Wärmesenke haben. Je nach verwendetem Fluid liegt dieser Druck in unterschiedlichen Bereichen. Das Bild zeigt das Schaltbild mit den vier für den Prozess erforderlichen Komponenten: Verdampfer, Verdichter (Kompressor), Kondensator und Drossel.

Erdwärmepumpen (früher ergekoppelte Wärmepumpe) nutzen die Erdwärme, also die unterhab der Oberfläche der Festen Erde gespeicherte Energie.

Wärmetransformatoren werden gelegentlich Wärmepumpen 2ter Art genannt.

Einteilung

nach dem Verfahren

nach der Wärmequelle

nach der Wärmenutzung

nach der Arbeitsweise

Es gibt verschiedene physikalische Effekte, die in einer Wärmepumpe Verwendung finden können. Die wichtigsten sind:

Bauformen

  • Die Kompressions-Wärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. In ihr zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf, das, angetrieben durch einen Kompressor, die Aggregatzustände flüssig und gasförmig abwechselnd annimmt.
  • Die Absorptions-Wärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Reaktionswärme bei Mischung zweier Flüssigkeiten oder Gase. Sie verfügt über einen Lösungsmittelkreis und einen Kältemittelkreis. Das Lösungsmittel wird im Kältemittel wiederholt gelöst oder ausgetrieben.
  • Die Adsorptions-Wärmepumpe arbeitet mit einem festen Lösungsmittel, dem „Adsorbens“, an dem das Kältemittel ad- oder desorbiert wird. Dem Prozess wird Wärme bei der Desorption zugeführt und bei der Adsorption entnommen. Da das Adsorbens nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, kann der Prozess nur diskontinuierlich ablaufen, indem zwischen Ad- und Desorption zyklisch gewechselt wird.

Literatur

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie (Hrsg): Wärmepumpen. Hinweise zum Energiesparen 44. München : 1996

Brandenburgische Technische Universität Cottbus & Projektträger BEO/Forschungszentrum Jülich GmbH (Hrsg.): Erdgekoppelte Wärmepumpen zuim Heizen und Klimatisieren von Gebäuden - Tagungsband OPET-Seminar. Cottbus : 1999. - ISBN 393257019

Energieagentur NRW (Hrsg.): Wärmepumpe - Systemlösungen aus einer Hand. Ein Leitfaden. Wuppertal : 2000

Informationszentrale der Elektrizitätswirtschaft (Hrsg.): Der Trick mit der Wärmepumpe, Strombasiswissen Nr 127. Frankfurt am Main, 1997

Informationszentrale der Elektrizitätswirtschaft (Hrsg.): Der Trick mit der Wärmepumpe, Strombasiswissen Nr 127. Frankfurt am Main, 1997

Informationszentrale der Elektrizitätswirtschaft (Hrsg.): Der Trick mit der Wärmepumpe, Strombasiswissen Nr 127. Frankfurt am Main, 1997

Kruse, H. & Heidelck, R.: Heizen mit Wärmepumpen. BINE-Info-Paket. Köln : Verlag TÜV Rheinland, 1997. - ISBN 3824901188

Schubert, A. & Höferle, R.: Geothermische Dublette Riem für die kommunale Fernwärmeversorgung. In:: Geothermische Vereinigung (Hrsg.): Die neue Rolle der Geothermie mit 5. Symposium Erdgekoppelte Wärmepumpen. Landau in der Pfalz : 2005

VDI 4640: Thermische Nutzung des Untergrundes, erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. VDI-Richtlinien 4640, Bd. Blatt 2. Aufl. Berlin : Beuth Verlag, 2001

Weitere Literatur siehe unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.

Weblinks

http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmepumpe

http://www.waermepumpen.info

http://www.energieagentur.nrw.de/waermepumpen/neues-vom-waermepumpen-marktplatz-nrw-6024.asp 

zuletzt bearbeitet August 2020