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Wärmekreislauf bei einer Wärmepumpe (Quelle: Wikipedia) |
Das Grundprinzip der Wärmepumpe kann anhand der Arbeitsweise eines Kühlschrankes erklärt werden. 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 schon bei niedriger Temperatur siedende Flüssigkeit (auch als Kältemittel bezeichnet), zirkuliert in einem Kreislauf und wird nacheinander verdampft, verdichtet, verflüssigt und entspannt. Im Verdampfer befindet sich das Kältemittel 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 Kältemittel, wobei das Kältemittel siedet und verdampft (Siehe 3). Die dazu erforderliche Wärme wird der Wärmequelle (Wasser, Erdreich, Außenluft) entzogen. Das nun dampfförmige Kältemittel wird vom Verdichter aus dem Verdampfer abgesaugt und verdichtet (siehe 4). Bei der Verdichtung steigt der Druck des Dampfes und dessen Temperatur. Vom Verdichter aus gelangt der Kältemitteldampf in den Verflüssiger, der vom Heizwasser umspült wird (siehe 1). Die Temperatur dieses Wasserstromes ist niedriger als die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels, so dass der Dampf gekühlt und dabei wieder verflüssigt wird. Die im Verdampfer aufgenommene Energie (Wärme), zuzüglich der durch das Verdichten zugeführten Energie (elektrischer Strom), wird im Verflüssiger freigesetzt und an den kälteren Heizwasserstrom abgegeben. Nach dem Verflüssigen wird das Kältemittel über ein Expansionsorgan in den Verdampfer zurückgeführt. Das Kältemittel wird von dem hohen Druck im Verflüssiger auf den niedrigen Druck im Verdampfer entspannt (expandiert) (siehe 2). 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).