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 Fraunhofer-Gesellschaft
Wärmepumpen

Wasser, Erde und Luft
- Wärmequellen der Wärmepumpen
 
Wie arbeitet eine Wärmepumpe?
Das Grundprinzip der Wärmepumpe kann man anhand der Arbeitsweise eines Kühlschrankes erklären. Dort wird dem Kühlgut über den Verdampfer Wärme entzogen und über den Verflüssiger an der Rückseite des Gerätes in den Raum abgegeben. Bei der Wärmepumpe entzieht der Verdampfer die Wärme aus der Umwelt (Wasser, Erdreich, Außenluft) und führt sie über den Verflüssiger dem Heizsystem (Fußbodenheizung, Radiatoren) zu. Der Kreisprozess, siehe Abbildung, erfolgt nach einfachen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Das Arbeitsmittel, eine bei niedriger Temperatur siedende Flüssigkeit (im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Kältemittel bezeichnet), wird in einen Kreislauf geführt und dabei nacheinander verdampft, verdichtet, verflüssigt und entspannt.

Der Kreisprozess im Einzelnen:
Im Verdampfer befindet sich das flüssige Arbeitsmittel bei niedrigem Druck. Die Umgebungstemperatur des Verdampfers ist höher als die dem Druck entsprechende Siedetemperatur des Arbeitsmittels. Diese Temperaturdifferenz bewirkt eine Wärmeübertragung von der Umgebung auf das Arbeitsmittel, wobei das Arbeitsmittel siedet und verdampft. Die dazu erforderliche Wärme wird der Wärmequelle (Wasser, Erdreich, Außenluft) entzogen.

Das nun dampfförmige Arbeitsmittel wird ständig vom Verdichter aus dem Verdampfer abgesaugt und verdichtet. Bei der Verdichtung steigt der Druck des Dampfes und dessen Temperatur.

Vom Verdichter gelangt das Arbeitsmittel in den Verflüssiger, das vom Heizwasser umspült wird. Die Temperatur dieses Wasserstromes ist niedriger als die Verflüssigungstemperatur des Arbeitsmittels, so dass der Dampf gekühlt und dabei wieder verflüssigt wird. Die im Verdampfer aufgenommene Energie (Wärme), zuzüglich der durch des Verdichten zugeführte Energie (Strom), wird im Verflüssiger freigesetzt und an das kältere Heizwasser abgegeben.

Nach dem Verflüssigen wird das Arbeitsmittel über ein Expansionsorgan in den Verdampfer zurückgeführt. Das Arbeitsmittel wird von dem hohen Druck des Verflüssigers auf den niedrigen Druck des Verdampfers entspannt (expandiert). Beim Eintritt in den Verdampfer sind der Anfangsdruck und die Anfangstemperatur wieder erreicht. Der Kreislauf ist geschlossen und beginnt von neuem.

Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg "Energie sparen durch Wärmepumpenanlagen"
 
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