Was ist eine Luftwärmepumpe?

Heute mal wieder ein Beitrag zu einem Basic-Thema: die Funktionsweise einer Luftwärmepumpe. Ja, das muss jetzt sein. Schließlich ist für jeden alles beim ersten Mal etwas ganz Neues. Wer schon darüber Bescheid weiß (also sein erstes Mal mit der Luftwärmepumpe bereits hinter sich hat), der kann sich gerne hier über die Berechnung des Stromverbrauchs einer Wärmepumpe informieren. Übrigens der meistelesene Artikel hier im Blog. Oder sich hier die Bekenntnisse einer Wärmepumpenbetreiberin ansehen. Alle anderen: Weiterlesen!

Eine Luftwärmepumpe arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip wie der Kühlschrank, der die Nahrungsmittel in seinem Inneren kühlt, indem er ihnen die Wärme entzieht und sie nach draußen abgibt. Allerdings ist der Job der Wärmepumpe nicht das Kühlen, sondern das Erzeugen von Wärme. Dafür entzieht die Luftwärmepumpe der natürlichen und nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehenden Wärmequelle Luft deren Wärme. Nur nebenbei: Die Luft wurde von der Sonne erwärmt (Solarthermie). Deshalb heißt die Luftwärmepumpe auch wie sie heißt: LUFTwärmepumpe. Experten nennen sie übrigens oft auch Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Im Unterschied dazu gibt es Wärmepumpen, die mit den Wärmequellen Wasser (Abwasserwärme oder Grundwasserwärme) oder Erdreich (Erdwärme, Geothermie) arbeiten. Die Wärme, welche die Luftwärmepumpe der natürlichen Umgebungsluft – übrigens recht unabhängig von der Jahreszeit oder Witterung – entzieht, wird benutzt, um zu Heizen. Es heißt, dass das bis zu 75 Prozent der Heizenergie sein können, die aus der natürlichen Quelle Luft, Wasser oder Erdreich kommen könnten, der Rest käme von Fremdenergien her.

Komponenten einer Heizungsanlage mit Luftwärmepumpe

Deshalb besteht eine Heizung, oder genauer: ein Heizsystem mit Luftwärmepumpe nicht nur aus dieser allein, sondern auch aus den weiteren Komponenten

• Wärmequellenanlage, inklusive Ventilator und Verdampfer (beide draußen am Haus)
• sowie Wärmeverteil- und Speichersystem.

Funktionsweise einer Luftwärmepumpe – einfach erklärt

Wie läuft das Erzeugen von Wärme zum Heizen nun konkret ab, wenn es eine Luftwärmepumpe gibt? Das lässt sich mit folgenden Schritten kurz skizzieren:

1. Wärmetransport der Außenluft (vom Ventilator) zum Verdampfer

Die warme Umgebungsluft (Außenluft) wird über einen Ventilator angesaugt und zum Verdampfer geführt. Das geht selbstverständlich nicht ganz ohne Energieverluste.

Kurzer Exkurs zum Thema Kältemittel

Das Heizsystem mit Luftwärmepumpe, am besten ein sogenanntes Niedertemperatursystem wie Fußboden- oder Wandheizung es sind, bildet einen geschlossenen Kreislauf. Darin macht ein Arbeitsmedium (auch Botenstoff genannt), das Kältemittel, die Runde. Sein Job: Transport der Wärme und Übertragung derselben. Nach der europäischen Norm DIN EN 378-1 Abs. 3.7.1 ist das Kältemittel ein „Fluid, das zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage eingesetzt wird, und das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids erfolgen.“ Nach der Norm DIN 8960 Abs. 3.1 ist es ein „Arbeitsmedium, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt.“ Das Kältemittel kann der Außenluft selbst dann noch Wärme entziehen, wenn draußen eisige Minusgrade, zum Beispiel minus 15 Grad Celsius, herrschen – auch wenn das ein Extremfall ist, der in der Regel den Anteil der Fremdenergie, die dem Heizsystem zugeführt werden muss, in die Höhe treibt.

Exkursende

2. Verdampfen des flüssigen Kältemittels (im Verdampfer)

Startpunkt des Kreislaufs des Kältemittels, das die Wärme aus der Umgebungsluft gewonnen hat, ist der Verdampfer draußen am Haus. Was schließlich noch an Wärme in der Luft steckt und am Verdampfer ankommt, wird an das Kältemittel darin abgegeben. Das kocht beziehungsweise verdampft schon bei recht niedriger Temperatur (niedriger Siedepunkt). Das Kältemittel wechselt hier also seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig. Die dabei entstehende Energie speichert es.

3. Erhitzung des gasförmigen Kältemittels unter Druck (im Verdichter)

Mit Hilfe von Druck wird das Volumen des Kältemittels als Nächstes im Verdichter verringert, der dem Verdampfer nachgeschaltet ist. Infolge des damit verbundenen Anstiegs des Drucks steigt auch die Temperatur des Kältemittels weiter.

4. Abgabe der Wärme vom heißen Kältemittel an das Heizwasser (via Verflüssiger)

Das somit heiße gasförmige Kältemittel strömt zum Verflüssiger weiter. So heißt ein Wärmetauscher, der dabei hilft, die aus der Umgebung gewonnene Wärme an das Heizsystem zu übertragen. Das dabei kühler werdende Kältemittel wird wieder flüssig. Nachdem es dank des Expansionsventils (Fachausdruck: das Kältemittel wird „entspannt“) an Druck und sowieso schon an Temperatur verloren hat, kann der Kreislauf des Kältemittels erneut beginnen.

Foto: photocase / SumoSulsi