Was ist eine Wärmepumpe und wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Was ist eine Wärmepumpe?

Wärmepumpensysteme kühlen und heizen Ihr Zuhause nicht nur, sondern nutzen auch Kältemittel, um Wärme von Innenräumen in den Außenbereich zu übertragen. In den wärmeren Monaten gewinnen sie zudem Wärme aus der Raumluft. Diese außen am Haus installierten und elektrisch betriebenen Systeme sorgen das ganze Jahr über für angenehme Temperaturen im Haus, ohne dass zusätzliche Heizsysteme erforderlich sind.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Es gibt 3 Arten von Wärmepumpen:

1.Luftwärmepumpen (ASHP):

• ASHPs entziehen der Außenluft Wärme und nutzen diese zum Heizen von Innenräumen. Sie funktionieren, indem sie Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen und über einen Kältemittelkreislauf in den Innenraum übertragen.
• Sie werden üblicherweise in gemäßigten Klimazonen eingesetzt, in denen die Temperaturen normalerweise nicht extrem niedrig sind. ASHPs sind sowohl für Heiz- als auch für Kühlzwecke effizient und kostengünstig.

Es gibt noch einen weiteren Begriff: „ATW-Wärmepumpe“, was für „Luft-Wasser-Wärmepumpe“ steht. Dies ist der gebräuchlichste Wärmepumpentyp, der der Außenluft Wärme entzieht und auf Wasser überträgt, typischerweise zum Heizen von Innenräumen oder zur Warmwasserbereitung.
Eine ATW-Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie eine Luftwärmepumpe (ASHP), die Wärme aus der Außenluft bezieht. Der Hauptunterschied liegt jedoch in der Nutzung der gewonnenen Wärme. Während eine ASHP die Wärme direkt an die Raumluft abgibt, überträgt eine ATW-Wärmepumpe die gesammelte Wärme an ein wasserbasiertes System.
Dieser Wärmepumpentyp wird häufig in Warmwasserheizungen eingesetzt, in denen Wasser durch Fußbodenheizungen, Heizkörper oder zur Warmwasserbereitung zirkuliert. Die der Außenluft entzogene Wärme wird auf das Wasser übertragen, das dann durch das Gebäude zirkuliert und so für Wärme sorgt.
ATW-Wärmepumpen sind für ihre Effizienz und Vielseitigkeit bekannt. Sie bieten sowohl Heiz- als auch Kühlfunktionen durch Nutzung der in der Umgebungsluft vorhandenen latenten Wärme. Sie sind besonders in gemäßigten Klimazonen beliebt, wo sie auch bei niedrigen Temperaturen effizient Wärme aus der Luft gewinnen können.

2.Wasserwärmepumpen (WSHP):

• WSHPs funktionieren ähnlich wie GSHPs, gewinnen die Wärme jedoch aus einer Wasserquelle wie einem Brunnen, See oder Fluss statt aus dem Boden.
• Sie nutzen Wasser als Wärmeträger, um Wärme in ein Gebäude zu übertragen oder für Heizung oder Kühlung zu sorgen.
• WSHPs sind in Gebieten vorteilhaft, in denen Wasserquellen verfügbar sind, und können für eine konstante und effiziente Heizung und Kühlung sorgen.

3.Erdwärmepumpen (Erdwärmepumpen oder geothermische Wärmepumpen):

• Erdwärmepumpen nutzen die Wärme aus dem Boden oder einem Gewässer mithilfe eines unterirdisch verlegten oder im Wasser getauchten Erdschleifensystems.
• Sie sind äußerst effizient, da die Temperaturen im Untergrund das ganze Jahr über relativ stabil sind und unabhängig von den äußeren Wetterbedingungen eine gleichmäßige Heizung oder Kühlung gewährleisten.
• Erdwärmepumpen erfordern aufgrund des Erdschleifensystems höhere Erstinstallationskosten, bieten aber langfristige Energieeinsparungen.

Jeder Wärmepumpentyp hat seine Vorteile und eignet sich für unterschiedliche Umgebungsbedingungen und geografische Standorte, um verschiedenen Heiz- und Kühlanforderungen gerecht zu werden.

Je nach Bauart und Systemaufbau der Wärmepumpe unterscheidet man zwischen Split- und Monoblock-Wärmepumpen. Während eine Monoblock-Wärmepumpe die meisten Komponenten in einer Einheit vereint, sind bei einer Split-Wärmepumpe die wichtigsten Komponenten in Innen- und Außeneinheiten aufgeteilt, die durch Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind.

Split-Wärmepumpe:

• Konstruktionsmerkmale: Eine Split-Wärmepumpe besteht aus zwei separaten Einheiten – einer Inneneinheit und einer Außeneinheit. Die Außeneinheit enthält den Kompressor und den Kondensator, während die Inneneinheit den Verdampfer und das Expansionsventil beherbergt.
• Merkmale: Eine Split-Wärmepumpe verbindet Innen- und Außeneinheit über Kältemittelleitungen. Diese Bauweise erfordert mehr Installationsschritte und Platz und kann einen höheren Wartungsaufwand erfordern, bietet aber die Flexibilität, sich an unterschiedliche Installationsanforderungen anzupassen.

Monoblock-Wärmepumpe:

• Konstruktionsmerkmale: Eine Monoblock-Wärmepumpe integriert die meisten wesentlichen Komponenten in einer einzigen Außeneinheit, normalerweise einschließlich Kompressor, Wärmetauscher (Verdampfer und Kondensator), Expansionsventil und Steuerungssystem.
• Eigenschaften: Der Aufbau einer Monoblock-Wärmepumpe ist einfach, die Installation und Wartung sind relativ unkompliziert, sie bietet ein aufgeräumtes Erscheinungsbild und ist in der Regel kompakter aufgebaut.

Was sind die Hauptkomponenten eines Wärmepumpensystems?

1. Kompressor: Dies ist das Herzstück der Wärmepumpenanlage. Der Kompressor verdichtet und zirkuliert das Kältemittel und erleichtert so den Wärmeaustausch. Bei einer Monoblock-Wärmepumpe ist der Kompressor in die Außeneinheit integriert, meist in einer kompakten, geschlossenen Bauweise.
2. Wärmetauscher (Kondensator- und Verdampferschlangen): Monoblock-Wärmepumpen enthalten Wärmetauscherschlangen für die Kondensation und Verdampfung des Kältemittels. Die Kondensatorschlange gibt im Heizbetrieb Wärme an die Innenumgebung ab und nimmt im Kühlbetrieb Wärme aus dem Innenraum auf. Die Verdampferschlange nimmt im Heizbetrieb Wärme aus der Außenluft oder dem Boden auf und gibt sie an das Kältemittel ab.
3. Expansionsventil: Diese Komponente reguliert den Kältemittelfluss und kontrolliert dessen Druck und Temperatur. Sie ermöglicht die Expansion des Kältemittels von einer Hochdruckflüssigkeit zu einem Niederdruck-Flüssigkeits-Gasgemisch, bevor es in die Verdampferschlange gelangt, um Wärme aus der Umgebung aufzunehmen.
4. Regler Und Elektronik: Die Steuereinheit und Elektronik einer Monoblock-Wärmepumpe steuern den Betrieb des Systems. Sie überwacht und regelt die Temperatur, aktiviert verschiedene Komponenten wie Kompressor und Lüfter und kann intelligente Funktionen zur Effizienzoptimierung und Systemüberwachung enthalten.

Diese Komponenten arbeiten zusammen, um den Wärmeaustauschprozess zu erleichtern. So kann die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung (Luft, Erde oder Wasser) gewinnen und zum Heizen in den Innenraum übertragen oder zum Kühlen Wärme aus dem Innenraum abführen. Das Monoblock-Design vereinfacht Installation und Wartung, da die meisten wichtigen Komponenten in einer einzigen Außeneinheit untergebracht sind.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Luftwärmepumpen sind revolutionäre Geräte, die effizient Wärme aus der Umgebungsluft übertragen und so Wohn- und Gewerberäume mit Heizung und Warmwasser versorgen. Ihr Funktionsprinzip ähnelt dem eines Kühlschranks, ist aber umgekehrt.

1. Wärmeabsorption:
   Der Prozess beginnt mit dem Kältemittel der Wärmepumpe, typischerweise einer Verbindung wie R32, das im System zirkuliert. Im Heizbetrieb der Pumpe durchströmt das Kältemittel eine Verdampferschlange und absorbiert dabei Wärmeenergie aus der Außenluft, selbst bei Temperaturen von bis zu -25 °C.
2. Kompression und Temperaturanstieg:
   Die aufgenommene Wärme bewirkt, dass das Kältemittel verdampft und gasförmig wird. Dieses Niedertemperaturgas wird anschließend vom Kompressor in der Wärmepumpe komprimiert, wodurch seine Temperatur deutlich ansteigt. Durch diesen Prozess gelangt das Gas in einen Hochdruck- und Hochtemperaturzustand.
3. Wärmeabgabe:
   Das nun heiße Kältemittelgas durchströmt eine Kondensatorspule und gibt die gespeicherte Wärme an den Innenraum oder zur Warmwasserbereitung ab. Diese Wärme wird dann über ein Lüftersystem im gesamten Gebäude verteilt oder zum Erwärmen des Wassers in einem Tank für den Hausgebrauch genutzt.
4. Wiederholung des Zyklus:
   Nach der Wärmeabgabe verflüssigt sich das Kältemittel wieder und fließt zurück zum Verdampfer, wo der Kreislauf von neuem beginnt. Dieser kontinuierliche Prozess aus Wärmeaufnahme, Kältemittelkompression, Wärmeabgabe und anschließender Rückkehr zum Ausgangspunkt bildet den Betriebszyklus einer Luftwärmepumpe.

Funktionsprinzipien von Wärmepumpen

Im KühlbetriebWärmepumpen nehmen die Wärme im Innenbereich auf und geben sie im Freien ab.
Im Heizbetrieb, sie nehmen Wärme aus dem Boden oder der Außenluft auf und geben sie im Innenbereich ab.
Diese fortschrittlichen Wärmepumpensysteme sind nicht durch Umgebungstemperaturen eingeschränkt und gewährleisten einen stabilen Betrieb auch unter extremen Bedingungen.

Was sind die Vorteile einer Wärmepumpe?

• Effizienz: Luftwärmepumpen können auch in kälteren Klimazonen für effizientes Heizen und Warmwasser sorgen, ihre Wirksamkeit kann jedoch bei sinkenden Temperaturen nachlassen.
• Umweltauswirkungen: Sie nutzen die Wärme der Luft, einer erneuerbaren Ressource, und sind daher im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen, die auf fossilen Brennstoffen basieren, umweltfreundlich.
• Vielseitigkeit: Luftwärmepumpen können in den wärmeren Monaten auch umgekehrt arbeiten und als Klimaanlagen fungieren, indem sie Wärme aus Innenräumen entfernen und nach draußen leiten.

Zukünftige Trends bei Wärmepumpen

Modernste Technologie macht Wärmepumpensysteme umweltfreundlicher und effizienter. Mit dem technologischen Fortschritt werden zukünftige Wärmepumpensysteme intelligenter, effizienter und umweltfreundlicher.

In den letzten Jahren haben Wärmepumpen als effiziente und umweltfreundliche Warmwasserlösungen an Popularität gewonnen. Einige ATW-Wärmepumpen können in einem Temperaturbereich von -25 °C bis 43 °C.

Die Entwicklung dieser Wärmepumpen, wie z. B. Hetapro Thermalux R290 ATW Wärmepumpehat die Technologie auf ein beispielloses Niveau gebracht. Ausgestattet mit Kältemittel R290, DC-Wechselrichter Kompressoren und Verbesserte Dampfeinspritzung (EVI) Technologie können diese neuesten Wärmepumpen beeindruckende Temperaturen von bis zu erreichen 75°C. Bemerkenswerterweise gewährleisten sie selbst unter extremen Bedingungen einen stabilen Betrieb und halten Temperaturen von bis zu -35°C.

Abschluss

Luftwärmepumpen nutzen einen intelligenten und umweltfreundlichen Mechanismus, um die latente Wärme der Luft zu nutzen und bieten so eine effiziente Lösung für Heiz- und Warmwasserbedarf in verschiedenen Umgebungen.
Die sich weiterentwickelnden Wärmepumpensysteme haben sich zur idealen Wahl für die Heizung, Kühlung und Warmwasserversorgung von Häusern entwickelt. Die neuesten Wärmepumpen-Warmwasserbereiter mit dem Kältemittel R290 bieten nicht nur hohe Effizienz, sondern setzen auch Maßstäbe für die Entwicklung umweltfreundlicher Technologien.