Funktionsweise
Funktionsweise einer Wärmepumpe
Wie der Name schon andeutet ist eine Wärmepumpe im Prinzip ein Gerät das Wärme von einem tiefen Temperaturniveau auf ein hohes „pumpt“. Sie funktioniert gleich wie ein Kühlschrank, nur mit dem Unterscheid dass die warme statt kalte Seite genutzt wird.
Bei der häufigsten Bauart, der sog. Kompressionswärmepumpe, durchläuft ein Kältemittel einen steten Kreislauf (Kreisprozess) wobei es seinen Aggregatszustand zwischen gasförmig und flüssig stetig ändert. Im Verdampfer verdampft bei tiefem Druck das Kältemittel und nimmt dabei Energie aus dem Reservoir mit der tiefen Temperatur auf. Dies kann die Aussenluft, Wasser oder ein Frostschutzmittel das in Rohren im Boden zirkuliert sein. Ein Kompressor (meist Kolben- oder Scrollkompresor) komprimiert das Kältemittel auf hohen Druck. Dabei erwärmt sich dieses auf hohe Temperatur. Der Kompressor benötigt für die Kompression hochwertige Energie (meist elektrische). Im Verflüssiger kondensiert das Kältemittel wieder und gibt dabei seine Energie über einen Wärmetauscher an das Heizungswasser ab. Schlussendlich wird es in einem Expansionsventil auf den geringen Ausgangsdruck entspannt, kühlt sich dadurch weiter ab und wird wieder dem Verdampfer zugeführt. Der Kreislauf beginnt von vorne.
Die Leistungszahl (COP) einer Wärmepumpe gibt das Verhältnis zwischen abgegebener Heizleistung und aufgenommener Leistung für den Kompressor an. Je höher diese ist, desto besser arbeitet die Wärmepumpe und desto weniger hochwertige Energie muss zugeführt werden um eine bestimmte Wärmemenge bereitzustellen. Diese Zahl hängt u.a. ab von den Temperaturen der Wärmequelle und des Heizsystems. Je kleiner die Differenz zwischen den beiden ist, desto besser arbeitet die Wärmepumpe. 1 K höhere Quellentemperatur bedeuten 2.5 % weniger Verbrauch, während 1 K höhere Temperatur im Heizkreis 1.8 % Mehrverbrauch erwirkt.
Daher sind Niedertemperatur Fussbodenheizungen die mit maximalen Vorlauftemperaturen unter 30 °C auskommen besonders gut für eine Wärmepumpe geeignet. Standard Fussbodenheizungen oder grosszügig dimensionierte Radiatorheizungen sind etwas schlechter, aber immer noch im guten Bereich. Radiatorheizungen mit Vorlauftemperaturen über 45 °C sind nur noch bedingt, ab 50 °C nicht mehr geeignet. Die Heizung arbeitet bei diesen hohen Temperaturen besonders unwirtschaftlich.
Aussenluft als Wärmequelle ist preislich am günstigsten, aber energetisch am schlechtesten da bei tiefen Aussentemperaturen die Heizung am meisten leisten muss. Besser sind Anlagen, die ihre Energie dem Erdboden entziehen. Dabei sind Erdsondenbohrungen durchschnittlich besser als Flachkollektoren, da diese von höheren Temperaturen in grösserer Tiefe profitieren können. Zu den besten Anlagen gehören jene, die Grundwasser nutzen, da dies normalerweise über das Jahr konstant hohe Temperaturen um oder über 10 °C aufweist. Daneben gibt es noch spezielle Konstrukte, die jedoch wenig verbreitet sind und sich effizienzmässig irgendwo dazwischen einordnen.
