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.
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:
Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt nicht nur von Details der Bauform ab, sondern vorrangig auch von der Temperaturspreizung. Je kleiner die Spreizung um so effektiver. Bei größeren Anlagen, kann man dies durch eine Reihenschaltung mehrere Wärmepumpen mit jeweils kleinerer Speizung nutzen, um so dennoch die gewünschte Gesamtspreizung erreichen.
Die Stadtwerke Schwerin schreiben hierzu (2022): „Die vier Wärmepumpen werden in Reihe geschaltet arbeiten. Dabei wird eine kleinere Komponente vor drei baugleichen, leistungsstärkeren Modellen installiert. Die Gesamtleistung aller vier Wärmepumpen beträgt 7,35 Megawatt. Das Warmwasser durchfließt alle Wärmepumpen der Reihe nach und wird dabei jeweils um ein kleines Stück erhitzt, bis es nach der letzten Wärmepumpe die Vorlauftemperatur erreicht hat. Diese Schaltung dient der Verbesserung der Effizienz der Gesamtanlage. So können wir bedarfsgerecht und umweltschonend grüne Fernwärme für die Schweriner Haushalte produzieren.“
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.
http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmepumpe
http://www.energieagentur.nrw.de/waermepumpen/neues-vom-waermepumpen-marktplatz-nrw-6024.asp
https://www.youtube.com/watch?v=QhNXOjwnQ_8
https://www.youtube.com/watch?v=xt4E8FSIwFM
zuletzt bearbeitet September 2022, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de