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: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Kaum eine technische Neuerung wurde so kontrovers diskutiert, wie die Wärmepumpe. Doch wie funktionieren diese Geräte eigentlich?

Im Grunde ist die Wärmepumpe eine Maschine, die sich ihre Energie aus der Umwelt holt – also aus der Luft oder dem Grundwasser. Hier wird der Umwelt Wärme entzogen. Denn, so kurios es scheint: Selbst in frostiger Luft ist noch Wärme vorhanden.

Während Wasser erst ab etwa 100 Grad kocht, arbeitet die Wärmepumpe mit einem sogenannten Kältemittel. Das ist eine Flüssigkeit, die schon bei sehr niedrigen Temperaturen verdampfen kann. Das macht sich das Gerät zunutze – im Prinzip wie beim Kühlschrank, nur umgekehrt.

1. Wärme aus der Umgebung aufnehmen
Aus der Umgebung – also zum Beispiel aus der Außenluft – wird Wärme entzogen. Auch kalte Luft enthält noch Energie. Selbst bei Frost ist also noch Wärme vorhanden.

2. Kältemittel
verdampft
Diese Wärme reicht aus, damit das Kältemittel, so wie kochendes Wasser, im Wärmepumpensystem verdampft. Es wird also von flüssig zu gasförmig.

3. Verdichter erhöht den Druck
Ein Kompressor, auch Verdichter genannt, presst das Gas zusammen. Dabei steigt der Druck – und dadurch auch die Temperatur stark an.

4. Wärme an das Heizsystem abgeben
Jetzt ist das Gas viel heißer als das Heizwasser im Haus. Die Wärme wird deshalb an das Heizsystem übertragen. Das Kältemittel kühlt dabei ab und wird wieder flüssig.

5. Der Kreislauf beginnt von vorn
Über ein Expansionsventil wird der Druck wieder gesenkt. Dann kann das Kältemittel erneut Wärme aufnehmen – der Kreislauf startet von neuem.

Effektives Prinzip zur Energiegewinnung

Das Besondere an einer Wärmepumpe ist: Sie erzeugt die Wärme nicht allein durch Strom wie eine Heizung. Stattdessen nutzt die Wärmepumpe vor allem die vorhandene Umweltwärme. Strom wird nur gebraucht, um den Kreislauf anzutreiben – vor allem den Verdichter. So wird aus wenig Strom viel Wärme. Das physikalische Grundprinzip wurde übrigens schon im 19. Jahrhundert genutzt.

Eine der frühen Entwicklungen geht auf William Thomson, 1. Baron Kelvin, kurz Lord Kelvin, zurück, der sich mit der Idee des „Wärmetransports gegen das Temperaturgefälle“ beschäftigte. Breite Anwendung gab es erst im 20. Jahrhundert, richtig stark erst in den letzten Jahrzehnten. Denn lange genug war Öl und Gas billig und verfügbar, sodass der Anreiz, komplexe Wärmepumpen zu entwickeln, für die Wirtschaft relativ gering war. ⇥ab