Wärmepumpe: Aufbau, Technik & Komponenten

Wie arbeitet eine Wärmepumpe? Technik und Funktionsweise lassen sich relativ einfach erklären, da die Arbeit von Wärmepumpe und Komponenten auf einem einfachen physikalischen Prinzip beruht. Hier erfahren Sie, aus welche Komponenten zum Einsatz kommen und wie die Wärmepumpe funktioniert.

Aufbau und Funktionsweise einer Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt dasselbe Funktionsprinzip wie ein Kühlschrank, nur in umgekehrter Weise. Grundlage für die Funktion dieser beiden Systeme ist der Joule-Thompson-Effekt. Der Aufbau der Wärmepumpe und die Technik unterliegen einem Kreislauf:

  • Wärmegewinnung aus Umweltwärme (Wärmequellen: Luft, Erdwärme oder Grundwasser)
  • Verdichtungsprozess
  • Wärmeübertragung an das Heizsystem
  • Abkühlprozess des Kältemittels und Rückführung

Die Komponenten der Wärmepumpe

Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Wärmepumpe sind der Aufbau und die einzelnen Komponenten näher zu betrachten:

Wärmegewinnung:

Drei hauptsächliche Arten der Wärmegewinnung sind zu unterscheiden:

  • Bei einer Luftwärmepumpe übernimmt ein Ventilator die konstante Versorgung der Wärmepumpe mit Umgebungswärme.
  • Erdkollektoren oder Erdsonden sind wichtige Komponenten einer Wärmepumpe, die Wärme aus dem Erdreich gewinnt. In den Rohren zirkuliert frostsichere Sole (Wasser mit Frostschutzmittel).
  • Wesentlicher Bestandteil einer Grundwasser-Wärmepumpe ist die Brunnenanlage, die aus einem Saugbrunnen und einem Schluckbrunnen besteht.

Verdampfer:

Die gewonnene Wärmeenergie wird mittels Wärmetauscher an das System übergeben. Das eingesetzte Kältemittel besitzt einen niedrigen Siedepunkt und verdampft daher im Verdampfer bereits bei vergleichsweise geringen Temperaturen. Anschließend wird das nun gasförmige Kältemittel zum Verdichter geleitet.

Verdichter/Kompressor:

Da die Temperatur der aus der Umwelt aufgenommenen Wärmeenergie nicht ausreicht, um ein Gebäude zu heizen, kommt im nächsten Schritt der mit Strom betriebene Verdichter zum Einsatz. Dabei nutzt das System den Joule-Thomson-Effekt. Durch den Einsatz von Antriebsenergie wird das gasförmige Kältemittel verdichtet. Mit dem erhöhten Druck steigt gleichzeitig auch die Temperatur auf das gewünschte Niveau an.

Kondensator/Verflüssiger:

Nach der Verdichtung gelangt das warme Gas zum Kondensator. Hier wird dem gasförmigen Kältemittel mittels eines weiteren Wärmetauschers die Wärme entzogen, dabei verflüssigt es sich automatisch wieder. Die entzogene Wärme wird in der gewünschten Vorlauftemperatur an das Heizsystem übertragen und dient zum Beheizen der Räumlichkeiten.

Expander:

Über das Expansion- oder Entspannungsventil erfolgt ein Druckabbau. Das nun abgekühlte und wieder verflüssigte Kältemittel wird anschließend wieder in den Kreislauf der Wärmepumpe und ihren Komponenten zugeführt. Der Prozess beginnt von vorn.

Was bedeutet monovalenter und bivalenter Betrieb einer Wärmepumpe?

Bei der Betrachtung der Funktionsweise der Wärmepumpe sind Technik und Aufbau entscheidend und auch die Betriebsart spielt eine wichtige Rolle. Abhängig von individuellen Faktoren haben Sie die Wahl zwischen monovalentem und bivalentem Betrieb. Der Aufbau der Wärmepumpe bleibt dabei gleich, entscheidend für die Betriebsart ist insbesondere die bauliche Situation.

Monovalenter Betrieb

Bei dieser Betriebsart übernimmt die Wärmepumpe die Versorgung mit Heizwärme alleine. Gute Voraussetzungen für monovalenten Betrieb bieten energetisch optimierte und gedämmte Gebäude. Da nur vergleichsweise geringe Vorlauftemperaturen erforderlich sind, kann die Wärmepumpe effizient arbeiten und somit als alleinige Heizung dienen. In vielen Fällen kann sie gleichzeitig auch die Warmwasseraufbereitung übernehmen.

Bivalenter Betrieb

Die Kombination der Wärmepumpe mit anderen Heiztechnologien wird als bivalenter Betrieb bezeichnet. Möglich ist beispielsweise der neue Einbau einer Hybridheizung oder die Anbindung der Wärmepumpe an ein bereits vorhandenes System (z. B. Gas-, Öl- oder Pelletheizung). Empfehlenswert ist diese Betriebsart insbesondere für Altbauten, bei denen bisher noch keine energetische Optimierung erfolgt ist. Es werden höhere Vorlauftemperaturen benötigt, damit im ganzen Haus angenehme Raumtemperaturen herrschen.

Die Wärmepumpe: Aufbau als Monoblock oder Split-Bauweise?

Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen haben Sie die Wahl zwischen zwei unterschiedlichen Bauweisen: Monoblock oder Split-Bauweise.

Monoblock:

Bei dieser Wärmepumpe sind die Komponenten alle in einem Gerät untergebracht, daher ist die Installation günstiger und vergleichsweise unkompliziert. Allerdings ist bei der Außenaufstellung des Monoblocks zu bedenken, dass für die Zuleitungen bei extremen Temperaturen im Winter Frostgefahr nicht ausgeschlossen werden kann.

Split-Bauweise:

Hier sind die Komponenten der Wärmepumpe auf zwei Einheiten verteilt, die sich flexibel platzieren lassen. Bei dieser Variante müssen nur geringe Eingriffe am Gebäude vorgenommen werden. Allerdings sind auf der anderen Seite Installation und Wartung deutlich komplexer.

Sie haben Fragen zum Aufbau der Wärmepumpe oder wünschen eine Beratung? Rufen Sie uns an und vereinbaren Sie einen unverbindlichen Beratungstermin, wir freuen uns bereits auf Sie.

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