Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Selbst bei Kälte entnimmt die Wärmepumpe dem Boden oder der Luft Wärme und pumpt sie auf Temperaturen hoch, die ein Haus heizen. Wir erklären dir wie.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen heizen das Haus (oder die Wohnung) klimafreundlich ohne Gas oder Heizöl. Sie benötigen Strom allein für den Pumpbetrieb. Die Wärme kommt dem Erdboden oder aus der Luft. Sogar bei Minusgraden.

Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich? Oft gelesen: wie ein Kühlschrank. Oder: umgekehrt wie eine Kühlschrank. Das stimmt sogar. Doch wie funktioniert der eigentlich?

Wie ist eine Wärmepume aufgebaut?

Vielleicht hast du es schon bemerkt: Ein Kühlschrank wird auf der Rückseite warm, wenn er im Inneren die Lebensmittel herunterkühlt. Sehr warm sogar. Vereinfacht gesagt, zieht er die Wärme aus dem Kühlschrank, damit es innen kühler wird. Die Wärme leitet er dann nach außen und führt sie auf der Rückseite ab. Eine Wärmepumpe arbeitet ähnlich, besteht aber aus zwei Teilen: Außerhalb des Hauses nimmt sie Wärme aus der Umgebung auf, im Haus gibt sie die Wärme an die Heizung wieder ab.

Beide Teile auf einen Blick: Außen- und Inneneinheit einer Wärmepumpe von Vaillant (Bild: Vaillant)

Erinnern dich das Prinzip und das Bild oben an etwas? Wenn du jetzt sagst: „Klimaanlage!“, dann liegst du damit gar nicht so falsch. Split-Klimaanlagen bestehen ebenfalls aus zwei Teilen und sie führen Wärme von innen nach außen ab. Das Prinzip lässt sich aber auch umkehren, so dass du mit ihnen im Winter sogar heizen kannst – wie mit einer Wärmepumpe. Wirkliche Wärmepumpen sind aber deutlich effizientere Heizungen als Klimaanlagen.

Es gibt unterschiedliche Arten von Wärmepumpen. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen steht meist ein Kasten im Garten. Der Teil der Wärmepumpe, der sich außerhalb des Hauses befindet, kann aber auch unter der Erde liegen.

Rohre leiten die Wärme von außen nach innen in den Heizungskeller des Hauses. Dort befindet sich der zweite Teil der Wärmepumpe, der die Wärme an die Heizungsanlage wieder abgibt.

Die vorhandene Heizung verteilt dann wie gehabt die Wärme über die Heizrohre in den Wänden zu den Heizkörpern in den jeweiligen Räumen.

Wie arbeitet eine Wärmepumpe?

Ein Kühlschrank arbeitet mit einem Kühlmittel, das sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Durch Verdichten und Kondensieren wird ihm Wärme hinzugefügt und entzogen. Im Beitrag Weshalb es wärmer im Raum wird, wenn die Kühlschranktür offen steht habe ich das genau erklärt.

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Der Kühlschrank entzieht die Wärme innen, um sie außen wieder abzugeben. Die Wärmepumpe arbeitet umgekehrt: Sie entzieht dem Erdreich oder der Luft draußen die Wärme, um damit innen das Haus oder die Wohnung zu heizen.

Im außen befindlichen Teil der Wärmepumpe verdampft ein Kältemittel. Bei diesem Vorgang nimmt es Wärme auf – aus dem Erdreich oder aus der Luft. Das Kältemittel erwärmt sich also. Ein Kompressor verdichtet den Dampf anschließend, wodurch er noch wärmer wird. Das Kältemittel hat einen so niedrigen Verdampfungspunkt, dass dies auch bei sehr geringen Temperaturen geschieht.

Prinzip einer Wärmepumpe (Bild: wikipedia.org/gemeinfrei)
Eine geringe Wärme wird draußen aufgenommen (3), anschließend verdichtet (4), als hohe Temperatur an die Heizung abgegeben (1) und anschließend wieder in die ursprüngliche Form zurückversetzt (2) (Bild: wikipedia.org/gemeinfrei)

Im Haus kondensiert der Dampf, er wird also wieder flüssig. Dieser Vorgang setzt Wärme frei, die über einen Wärmetauscher das Wasser in der Heizung erhitzt, das dann durch das Haus zirkuliert.

Als viertes Element im Kreislauf wird noch eine Drossel benötigt. Meist ist dies ein Expansionsventil. Dort verdampft das Kältemittel wieder und kühlt dabei so weit herunter, dass es draußen wieder Wärme aufnehmen kann.

Welche Temperaturen erzeugt eine Wärmepumpe?

Die Beschaffenheit des Hauses bestimmt, wie sehr das Wasser im Heizungskeller erhitzt werden muss:

  1. Wie gut ist das Haus gedämmt? – Also: Wieviel Wärme verliert es?
  2. Wie groß ist die Fläche der Heizkörper? – Also: Wie gut kann die Heizung Wärme an die Raumluft abgeben?

Ein gut gedämmtes Haus mit einer großflächigen Fußbodenheizung benötigt nur eine niedrige Vorlauftemperatur. So wird die Temperatur des Wassers genannt, das durch die Rohre und Heizkörper strömt.

Heizungsanlage
Bei schlecht isolierten Häusern muss die Wärmepumpe höhere Temperaturen produzieren (Bild: avantrend/Pixabay)

In vielen Neubauten wird deshalb ein Niedrigtemperatur-Heizsystem verbaut, das das Wasser zum Heizen der Räume nur auf 30 Grad erhitzt. Die große Fläche einer Fußbodenheizung reicht, um auch mit so niedrigen Temperaturen die Räume zu heizen.

Für eine normal gedämmte Wohnung, bei der etwas Wärme über Fenster und nur mäßig isolierende Wände permanent verloren geht, wird das Wasser in der Heizung auf 40–50 Grad erhitzt. Auch das schafft eine Wärmepumpe – allerdings unter höherem Stromaufwand, also mit mehr Kosten.

In einem nicht gedämmten Altbau, in dem sich noch alte Konvektoren und Radiatoren befinden, können auch 65 Grad notwendig sein. Das ist dann noch teurer, aber prinzipiell machbar. Moderne Wärmepumpen können lauwarmes Wasser durchaus auf 70 Grad erhitzen.

Fazit: Wärmepumpen heizen auch Altbauten

Eine Wärmepumpe und ein Kühlschrank arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Der Vergleich stimmt also. Dennoch ist der Unterschied groß, denn für den Einbau einer Wärmepumpe muss ein bestehendes Haus an mehreren Stellen umgebaut werden.

Sowohl im Haus als auch außerhalb muss ein Teil der Wärmepumpe installiert werden. Zudem müssen diese mit Rohren miteinander verbunden werden, sodass ein Kreislauf entsteht.

Die Wärmepumpe arbeitet klimafreundlich und mit geringen Kosten am besten in einem guten isolierten Haus. Hoch effiziente Wärmepumpen können aber auch Temperaturen erzeugen, um einen schlecht isolierten Altbau zu heizen. Dann sinken allerdings die Vorteile für Umwelt und Geldbeutel.

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