Die Funktionsweise einer Wärmepumpe - heizen einfach erklärt
In einer Welt, in der Nachhaltigkeit und Energieeffizienz immer wichtiger werden, ist es entscheidend, die Technologien zu verstehen, die uns dabei helfen einen Schritt weiter Richtung grüne Zukunft zu gehen. Zu diesen modernen Heizungstechnologien zählt auch die Wärmepumpe. Doch wie funktioniert diese Heizung eigentlich? Wie schafft es eine Luft-Wasser-Wärmepumpe die Umgebungsluft in natürliche Wärme für das Zuhause umzuwandeln? Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe, ihre wichtigsten Komponenten und Details zum Betrieb erfahren Sie hier.
Wie aus Luft Energie entsteht:
Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung - je nach Wärmepumpenart Luft, Grundwasser oder Erdreich - Wärmeenergie, indem ein Kältemittel (in flüssiger Form) durch einen Verdampfer geleitet wird. Das Kältemittel verdampft bei niedriger Temperatur und nimmt dabei Wärme aus der Umgebung auf.
Das verdampfte Kältemittel wird vom Verdampfer in den Kompressor geleitet. Durch die Kompression wird das Gas stark erhitzt und zusätzlich der Druck erhöht, was die Temperatur des Kältemittels weiter steigert.
Das heisse, komprimierte Gas wird dann durch einen Kondensator geleitet, wo es seine Wärmeenergie an das Heizsystem (z.B. Fussbodenheizung, Heizkörper) abgibt. Während dieses Prozesses kondensiert das Kältemittel und kehrt wieder in den flüssigen Aggregatzustand zurück.
Das abgekühlte und verflüssigte Kältemittel wird schließlich durch ein Expansionsventil geleitet, das den Druck des Kältemittels senkt und es wieder in den Verdampfer zurückführt, um den Kreislauf von Neuem zu beginnen.
Die wichtigsten Komponenten einer Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe besteht aus mehreren Komponenten, welche zusammenarbeiten, um Wärmeenergie von einem niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres zu übertragen.
Der Verdampfer ist dafür zuständig, die Wärme aus der Umgebung zu absorbieren. Hier verdampft das Kältemittel bei niedriger Temperatur und nimmt die Wärme auf.
Der Kompressor ist das Herzstück der Wärmepumpe. Er erhöht den Druck und die Temperatur des verdampften Kältemittels, indem er es komprimiert. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels und optimiert die Wärmeübertragung.
Der Kondensator ist der Teil der Wärmepumpe, in dem das heisse, komprimierte Kältemittel seine Wärme an das Heizsystem abgibt. Hier kondensiert das Kältemittel zurück in eine flüssige Form und gibt die aufgenommene Wärmeenergie an das Heizsystem ab.
Das Expansionsventil reguliert den Druck des Kältemittels, bevor es wieder in den Verdampfer gelangt. Danach beginnt der Prozess des Wärmetausches von vorne.
Das Kältemittel ist die Substanz, die in der Wärmepumpe zirkuliert und die Wärme überträgt. Es ändert seinen Zustand von gasförmig zu flüssig und umgekehrt, je nach Druck und Temperatur in den verschiedenen Komponenten der Wärmepumpe.
GreenFOX überzeugt durch modernste Technik
Die GreenFOX Wärmepumpe wird direkt in Österreich gefertigt und erreicht durch innovative Technologien und den Einsatz des wirksamen Kältemittels R290 Spitzen-Effizienzwerte. Gleichzeitig optimiert die Heizung den Energieverbrauch mittels smarter GreenMode Regelung und ermöglicht einen ganzjährig C02-armen Betrieb, indem die Luft-Wasser-Wärmepumpe den Heizbedarf den kostengünstigsten & umweltfreundlichsten Heizzeiten anpasst.
Kältemittel in Luft-Wasser-Wärmepumpen: Funktion und Umweltauswirkungen
Das Kältemittel in einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist ein Fluid, das die Fähigkeit hat, bei kalter Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufzunehmen und bei erhöhter Temperatur und Druck wieder abzugeben. Es dient als Überträger der erzeugten Energie im Heizungsprozess.
Künftig wird die Nutzung künstlicher Kältemittel wie HFWK-Kältemittel oder PFAS, die hauptsächlich aus Chemikalien bestehen, aufgrund ihrer Umweltschädlichkeit für den Einbau in Wärmepumpen eingeschränkt werden. Zum Vergleich: Kommt es zum Austritt eines solchen Kältemittels, ist die Auswirkung von nur einem Kilogramm der Flüssigkeit bis zu zweitausend Mal schädlicher als der Ausstoß von einem Kilogramm CO2.
Eine umweltfreundliche Alternative zu synthetischen Kältemitteln ist das gasförmige R290 (Propan). Es hat ein geringes GWP (Global Warming Potential) und wird als Zukunft der Kältemittel im Bereich von Wärmepumpen angesehen. Die GreenFOX Wärmepumpe nutzt das natürliche Kältemittel R290, welches zusätzlich eine höhere Vorlauftemperatur von 65 Grad ermöglicht und damit den Effizienzgrad der Wärmepumpe deutlich anhebt
Können Wärmepumpen auch kühlen?
Ja, die meisten Wärmepumpen sind auch in der Lage, Gebäude bei hohen Außentemperaturen zu kühlen.
Wärmepumpen können in einem umgekehrten Zyklus betrieben werden, um Wärme aus dem Inneren eines Gebäudes zu entfernen und es zu kühlen. Dieser Prozess wird als "umgekehrter Betrieb" oder "Kühlbetrieb" bezeichnet.
Die Fähigkeit einer Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen macht sie zu einer vielseitigen Lösung für die Klimatisierung von Gebäuden und ermöglicht es, das ganze Jahr über für Komfort zu sorgen, unabhängig von Witterungsbedingungen. Entscheidend für die Kühlung ist die passende Hydraulik und Installation der Wärmepumpe.
Verschiedenste Arten von Wärmepumpen
Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die sich hauptsächlich durch ihre unterschiedlichen Wärmequellen & Funktionsweisen unterscheiden:
Luft-Wasser-Wärmepumpen
entziehen Wärme aus der Luft und übertragen sie über einen Wärmetauscher an das aufbereitete Heizungswasser, welches im Heizsystem zirkuliert. Sie sind besonders gut geeignet für Regionen mit milden Wintern.
Luft-Luft-Wärmepumpen
nutzen ebenfalls die Umgebungsluft als Wärmequelle, jedoch wird die Wärme direkt an die Luft im Gebäude abgegeben. Sie funktionieren ähnlich wie Klimaanlagen, können aber auch im Heizbetrieb arbeiten.
Wasser-Wasser-Wärmepumpen
entziehen Wärme aus einer Wasserquelle, wie einem Brunnen oder einem See, und übertragen sie auf das Heizsystem im Gebäude. Diese Form erfordert jedoch eine geeignete Wasserquelle in der Nähe.
Bei Erd-Wasser-Wärmepumpen
wird die Wärme dem Boden entzogen, entweder durch Erdsonden oder durch Flächenkollektoren, und in das Heizsystem des Gebäudes geleitet. Sie bieten eine konstante Wärmequelle, fordern aber eine aufwendige Wartung.
Erd-Erd-Wärmepumpen (Geothermische Wärmepumpen)
nutzen die konstante Temperatur tief unter der Erdoberfläche, um Wärme zu entziehen. Sie sind sehr effizient, erfordern jedoch oft höhere Installations- und Wartungskosten.
Kostenvergleich
Im Vergleich zu einer Erdwärmepumpe haben Luftwärmepumpen im Allgemeinen einen geringeren Installations- und Wartungsaufwand. Die Installation einer Monoblockwärmepumpe, welche mit Luft betrieben wird, ist ausserdem die kostengünstigere Lösung.
Monoblock vs. Splitblock
Monoblock- und Splitblock-Wärmepumpen sind zwei verschiedene Arten, die sich in Aufbau, ihrer Funktionsweise und Effizienz unterscheiden.
- Bei einer Monoblock-Wärmepumpe sind alle wichtigen Komponenten, wie Verdampfer, Kompressor und Kondensator, in einem einzigen Gehäuse untergebracht.
- Das Kältemittel durchläuft den Verdampfer, Kompressor und Kondensator in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb des Gehäuses.
- Monoblock-Wärmepumpen sind in der Regel kompakt und einfach zu installieren.
- Sie eignen sich gut für kleinere Anwendungen und Wohngebäude mit moderatem Heiz- und Kühlbedarf.
- Bei einer Splitblock-Wärmepumpe sind die Verdampfereinheit (innen) und die Kompressionseinheit (außen) in zwei separaten Blöcken oder Einheiten untergebracht.
- Die Verdampfereinheit wird im Innenbereich des Gebäudes installiert, während die Kompressionseinheit draußen platziert wird.
- Die beiden Einheiten sind über Kältemittelleitungen miteinander verbunden, die den Kreislauf des Kältemittels ermöglichen.
- Splitblock-Wärmepumpen bieten oft eine höhere Leistung und Flexibilität bei der Installation, da die Ausseneinheit leichter an verschiedenen Orten platziert werden kann.
Welche Faktoren beeinflussen den Betrieb einer Wärmepumpe?
Häufige Fragen und Antworten
Sie suchen Antworten auf die Frage: "Wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich?" - wir haben die passenden Antworten für Sie.
Wie funktioniert eine Luftwärmepumpe?
Eine Luftwärmepumpe ist ein Heiz- und Kühlgerät, welches Wärmeenergie aus der Umgebungsluft verwendet und zur Raumheizung oder -kühlung nutzt.
Hier ist eine grundlegende Erklärung, wie eine Luftwärmepumpe funktioniert:
- Absorption der Umgebungswärme: Die Luftwärmepumpe entzieht der Umgebungsluft Wärmeenergie, selbst bei niedrigen Temperaturen. Sogar bei kaltem Wetter enthält die Luft noch genügend Wärmeenergie, die genutzt werden kann.
- Verdampfung des Kältemittels: In der Wärmepumpe befindet sich ein geschlossener Kreislauf, der ein Kältemittel enthält. Dieses Kältemittel hat einen niedrigen Siedepunkt und verdampft bereits bei niedrigen Temperaturen, wenn es der Wärme der Umgebungsluft ausgesetzt wird.
- Kompression des Kältemittels: Der verdampfte Kältemitteldampf wird von einem Verdichter komprimiert, wodurch sich der Druck und die Temperatur erhöhen.
- Abgabe der Wärme: Der komprimierte und erhitzte Kältemitteldampf gibt die gespeicherte Wärmeenergie an das Heizsystem oder den Warmwasserspeicher ab, um den Raum zu beheizen oder Warmwasser bereitzustellen.
- Kondensation des Kältemittels: Nachdem die Wärme abgegeben wurde, kondensiert das Kältemittel zu einem flüssigen Zustand zurück, wobei es die Wärmeenergie freisetzt.
- Expansion des Kältemittels: Das flüssige Kältemittel durchläuft ein Expansionsventil, das den Druck und die Temperatur reduziert, um den Kreislauf zu schliessen und das Kältemittel wieder in den Verdampfer zu leiten.
Dieser Kreislauf wiederholt sich kontinuierlich, solange das Heiz- oder Kühlsystem aktiv ist. Eine Wärmepumpe kann die gewonnene Energie aus der Umgebungsluft nutzen, um das Haus zu heizen. Im Sommer kann das Prinzip umgekehrt werden, um das Haus zu kühlen.
Es ist wichtig zu beachten, dass eine Luftwärmepumpe ihre Effizienz mit sinkenden Aussentemperaturen verringert, da die Wärmeenergie in der kalten Luft begrenzt ist. In solchen Fällen können ergänzende Heizsysteme erforderlich sein, um den Heizbedarf zu decken.
Eine Wärmepumpe funktioniert im Sommer wie auch im Winter gleich. Sie wandelt einen Teil der Aussenluft in mehrere Teile Energie um. Im Kreislauf befindet sich ein Kältemittel.
Im Kältekreis saugt der Ventilator die Aussenluft an. Das Kältemittel verdampft durch die Wärme der Umgebungsluft und wird gasförmig.Das gasförmige Kältemittel strömt zum Kompressor, wo es verdichtet wird. Durch den Kompressor verdichtet sich der Dampf, somit erhöhen sich der Druck und die Temperatur des Kältemittels. Der Kondensator verflüssigt den Dampf wieder und gibt die Wärme an das Heizungssystem ab. Anschliessend beginnt der Kreislauf von vorne.
Ja, eine effiziente Wärmepumpe mit klimaschonendem Kältemittel ist klimafreundlich. Die ÖkoFEN GreenFOX ist mit dem Kältemittel R290 (Propan) gefüllt; dieses gilt als natürliches Kältemittel.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt das Verhältnis zwischen der jährlich abgegebenen Heizleistung und der jährlich aufgenommenen elektrischen Antriebsenergie der Wärmepumpe an. Sie ist ein Indikator für die Effizienz der gesamten Anlage in Abhängigkeit des Gebäudes.
Kurz gesagt: Eine JAZ von bspw. 4 bedeutet, dass die Wärmepumpe 4 kWh Wärme aus 1 kWh Strom erzeugt. Fazit: Je höher der Wert, desto besser.
Ja, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe kann im Sommer auch als Kühlung verwendet werden. Im Prinzip wird der Kreislauf umgedreht und die Wärmepumpe erzeugt statt Wärme Kälte. Mit der ÖkoFEN GreenFOX Luft-Wasser-Wärmepumpe ist es möglich, im Sommer bis zu 20 °C (über dem Taupunkt) herunterzukühlen.
Die Kombination aus Wärmepumpe und PV-Anlage macht in der Übergangszeit durchaus Sinn. Im Winter, wenn die Wärmepumpe am stärksten läuft, sind die Sonnenstunden am seltensten.
Die Sonnenenergie kann sowohl per E-Stab (Strom) als auch per Solaranlage (warmes Wasser) bei der Warmwasserbereitung dienen.
Ja, in der Schweiz wird der Einbau einer Wärmepumpen mit bis zu Fr. 8’500.- gefördert. Beachten Sie dabei die verschiedenen Fördermodelle der einzelnen Kantone.
Vorteile
- Kostenlose Energiequelle
- Günstiger in der Anschaffung als die anderen Varianten
- Heiz- u. Kühlbetrieb möglich
- Einfache Umsetzung
Nachteile
- erhöhte Lärmimmissionen gegenüber den anderen Wärmepumpenlösungen
- Hohe Betriebskosten im Winter
Wärmepumpen sind grundsätzlich sehr effiziente Heizungen. Wärmepumpen “hebeln” den elektrischen Strom um den Faktor 2,5-4.
Aus 10 kWh Strom lassen sich so zirka 25 -40 kWh Wärme erzeugen. Beurteilt wird die Effizienz durch die JAZ (Jahresarbeitszahl). Diese bezeichnet den Wirkungsgrad von produzierter Wärmemenge und den dafür benötigten Stromverbrauch. Die JAZ zieht tatsächliche Messwerte heran und kann ab dem ersten Betriebsjahr ermittelt werden.
Folgende Massnahmen können die Effizienz der Wärmepumpe steigern:
- Grossflächige Heizsysteme (Wandheizung, Fussbodenheizung)
- Dämmung des Gebäudes
- Kombination mit PV-Anlage
- Nach Möglichkeit kurze Wärmeleitungen planen
Die wichtigsten Faktoren für diese Frage sind der Heizenergiebedarf des Hauses und die Vorlauftemperatur der Heizung. Es gibt Gebäudetypen, bei denen der Einsatz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe nicht sinnvoll ist. Dazu zählen zum Beispiel Gebäude mit schlechter Dämmung.
Ob der Einsatz möglich ist beziehungsweise welche Sanierungsmassnahmen am Gebäude oder am Wärmeabgagesystem( Heizkörper?) notwendig sind, klären Sie am besten im Vorfeld mit unserem Aussendienst oder einem qualifizierten Wärmepumpen-Installateur ab.
Ja. Je nach Modell und Regelung ist es auch möglich, mit der Wärmepumpe zu kühlen. Oftmals ist die Kühlfunktion eine extra Kostenposition, die nach Wunsch mitbestellt werden kann. Bei unserer GreenFOX Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die Kühlfunktion von Haus aus Bestandteil der Regelung und der Systemhydraulik, ohne Kostenaufschlag!
Ob auch die bestehenden Heizflächen ( Heizkörper?) zum Kühlen geeignet sind, muss jedenfalls im Vorfeld abgeklärt werden.
Der Stromverbrauch wird von verschiedenen Aspekten beeinflusst. Dazu zählen zum Beispiel der Gebäudetyp (Dämmung, Wohnfläche), Vorlauftemperatur, Anzahl der Personen usw. Für eine relativ genaue Aussage muss jedoch die JAZ herangezogen werden.
Die JAZ (Jahresarbeitszahl) ergibt sich aus tatsächlichen Werte. Hier wird das Verhältnis vom zugeführten Strom zur erzeugten Energie pro Jahr beurteilt. Die JAZ kann erst nach einem Betriebsjahr ermittelt werden und kann jährlich schwanken (ebenfalls abhängig von mehreren Faktoren: Wetter, Wärme- und Kühlbedarf etc.).
Zum Beispiel: Bei einem Bestandsgebäude, ca. 30 Jahre, guter Baustandard mit 150 m2 beheizter Wohnfläche werden rund 20.000 kWh Energie pro Jahr benötigt. Aufgrund unserer Erfahrungswerte gehen wir von einem jährlichen Stromverbrauch von rund 6.500 kWh Strom aus. Das würde bei diesem Musterbeispiel eine JAZ von 3 ergeben - Zwei Drittel des Energiebedarfs werden von der Umweltwärme gewonnen und für ein Drittel muss Strom zugeführt werden.
Grundsätzlich ist bei der Aufstellung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe mit nicht viel Aufwand zu rechnen. Dabei gibt es gibt verschiedene Möglichkeiten von “Fundamenten”. Sie können entweder betonieren, oder auf in Fertigfundament, wie das ÖkoFEN Fertigfundament aus Edelstahl, zurückgreifen. Die Aufstellung der Wärmepumpe sollte in wenigen Stunden erledigt sein. Der Installationsaufwand hängt von der geplanten Hydraulik ab. Im Grunde können Sie von 1-3 Arbeitstagen ausgehen.