Wärmepumpe
Überblick
Eine Wärmepumpe ist eine hocheffiziente Heizung, die der Umwelt Wärme entzieht, und diese zum Heizen zur Verfügung stellt. Die Wärme kann der Luft, der Erde oder dem Wasser entzogen werden. Die der Umwelt entzogene Wärme wird auf ein höheres Energieniveau (höhere Temperatur) gebracht. Hierfür wird Strom benötigt.
Dabei wird aus einem Kilowatt Strom heutzutage vier bis acht Kilowatt
Heizleistung erzeugt. Dieses Verhältnis von zugeführter und nutzbarer Energie wird Wirkungsgrad genannt.
Beispiel:
Zugeführte Energie= 2 KW
Abgegebene Heizleistung= 16 KW
Wirkungsgrad = 8
Eine Wärmepumpe funktioniert auch bei niedrigen Umwelt-Temperaturen. Es ist kein Problem für eine Wärmepumpe, wenn das Medium unter Null Grad ist. Eine gute Wärmepumpe produziert selbst bei -15 Grad Lufttemperatur noch Wärme. Lediglich die Effektivität der Wärmepumpe fällt etwas ab. Um so höher die Temperatur des Umwelt-Mediums, wie z.B. der Luft, um so höher der Wirkungsgrad.
Funktionsweise der Wärmepumpe
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ähnelt dem eines Kühlschranks: In einem geschlossenen Kreislauf
zirkuliert eine FCKW-freie Flüssigkeit, das Arbeitsmedium. Dieses wird nacheinander verdampft, verdichtet,
verflüssigt und entspannt.
Um zu verstehen, wie die Wärmepumpe der Umwelt Wärme entziehen kann, betrachten wir zunächst
einige recht einfache physikalischen Vorgänge.
1. Wenn eine Flüssigkeit verdampft, entzieht diese der Umwelt Wärme.
2. Wenn ein Medium komprimiert wird, erhöht sich seine Temperatur. Gerne genanntes Beispiel ist hier
die Fahrrad-Luftpumpe.
3. Eine Flüssigkeit verdampft bei niedrigem Druck schneller als bei hohem Druck. Dies kann sehr schön im Gebirge
beobachtet werden, wo Wasser, aufgrund des niedrigeren Luftdrucks schon weit unter 100 Grad zu kochen beginnt.
Analog dazu verschiebt sich ebenfalls der Kondensationspunkt bei höherem Druck nach oben.
4. Analog zu Punkt 1 gibt Dampf die gespeicherte Wärme ab, wenn er verflüssigt (kondensiert) wird.
Die Wärmepumpe hat eine "kalte" Seite, die Primärseite, mit niedrigem Druck, (hier wird der Umwelt die Wärme entzogen)
und eine "warme" Seite, die Sekundärseite, mit hohem Druck (hier wird die produzierte Wärme abgegeben).
Der Kreislauf beginnt auf der Primärseite. Bei dem hier herrschenden geringen Druck hat das Arbeitsmedium eine sehr niedrige Siedetemperatur, d.h. bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft es bereits. Das Umweltmedium (z.B. Luft) hat eine Temperatur, die das Arbeitsmedium verdampfen lässt. Hierbei entzieht das Arbeismedium der Luft die Wärme (1). Die Lufttemperatur kann hierbei problemlos unter Null Grad liegen.
Im nächsten Schritt gelangt das verdampfte Arbeitsmedium in den Verdichter. Hier wird es komprimiert. Analog einer Fahrrad-Luftpumpe steigt hier die Temperatur des Arbeismediums an.(2)
Das nun deutlich erwärmte Arbeitsmedium gelangt in die Sekundärseite. Hier herrscht ein wesentlich höherer Druck als auf der Primärseite. Hier durchströmt der Dampf den Verflüssiger. Dieser wird durch das Heizwasser umspült. Die Temperatur des Heizwassers ist hier niedriger als die Kondensationstemperatur des Arbeitsmediums, so dass der Dampf abgekühlt und wieder verflüssigt wird.(3) Hierbei wird die Wärme des Arbeitsmediums an das Wasser abgegeben.(4) Dieses erwärmt sich und steht als Heizwasser zur Verfügung.
Das Arbeitsmedium wird durch ein Expansionsventil ausgedehnt, der Druck wird vermindert und es gelangt wieder zurück in den Verdampfer. Der Kreislauf ist geschlossen.
Wärmepumpe für den Koiteich
