Theorie der Wärmepumpe

Prinzipiell handelt es sich bei einem Wärmepumpenprozess um einen Kreisprozess, in dem ein sog. Arbeits- bzw. Kältemittel – eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt – den Zustandsänderungen Verdampfung, Verdichtung, Verflüssigung und Entspannung unterworfen wird. Mit einem kleinen Anteil hochwertiger Energie wird viel Wärme, die sonst nicht nutzbar ist, auf ein höheres, für Heizzwecke verwertbares Temperaturniveau "gepumpt". Drei Viertel der benötigten Energie entstammen der Umwelt. Durch Einsatz dieser Wärme und einem Viertel Antriebsenergie wird die Wärmepumpenanlage zur vollwertigen, umweltschonenden Heizung. Verdampfer entzieht die Wärmepumpe der Umgebung – Erdreich, Wasser oder Luft – gespeicherte Umweltwärme und gibt diese plus der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab. Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Sie fließt immer von einem Körper hoher Temperatur zu einem mit niedriger Temperatur (Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre). Daher muss die Wärmepumpe die aufgenommene Wärmeenergie aus der Umgebung unter Einsatz von hochwertiger Energie – z. B. Strom für den Antriebsmotor – auf ein zum Heizen und Warmwasserbereiten notwendiges Temperaturniveau bringen. Eigentlich arbeitet die Wärmepumpe wie ein Kühlschrank, d. h. mit gleicher Technik, aber mit umgekehrtem Nutzen. Sie entzieht einer kalten Umgebung Wärme, die zum Heizen und Warmwasserbereiten genutzt werden kann. Die Leistungszahl Die Leistungszahl gibt die abgegebene Heizleistung im Vergleich zur aufgewendeten Antriebsleistung an. Eine Leistungszahl von 4,5 bedeutet daher, dass das Viereinhalbfache der eingesetzten elektrischen Leistung in nutzbare Energie umgewandelt wird. Leistungszahldiagramm Die Jahresarbeitszahl Die im Laufe einer gesamten Heizperiode gelieferte Nutzenergie im Verhältnis zu der zugeführten elektrischen Antriebsenergie ergibt die Jahresarbeitszahl. Höchste Jahresarbeitszahlen erreichen... In jedem Fall ist die Leistungszahl von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmeverteilung abhängig. Je geringer dieser "Temperaturhub" gestaltet wird, um so wirtschaftlicher arbeitet jede Wärmepumpe. Daher ist die optimale Auslegung der gesamten Anlage wichtig. Die Heizungs-Vorlauftemperatur und der Zusammenhang des Erdkollektors...