Wärmepumpen nutzen Elektrizität, um Gebäude zu heizen und zu kühlen. Diese Geräte übertragen effizient Wärme von einem Ort zum anderen, je nachdem, wo sie benötigt wird. Im Winter erzeugen Wärmepumpen Wärme, indem sie Wärme von außerhalb des Gebäudes aufnehmen und ins Innere transportieren. Im Sommer können sie durch die Abgabe der Innenwärme nach außen für Kühlung sorgen. Das Verständnis der verschiedenen Arten von Wärmepumpen, ihrer Funktionsweise und ihres Beitrags zur Bekämpfung des Klimawandels ist von großer Bedeutung.
Funktionsprinzipien von Wärmepumpen
Wärmepumpen verwenden eine Technologie, die ähnlich wie bei Klimaanlagen funktioniert, um mithilfe eines Kältemittels Ihr Zuhause zu kühlen. Der Hauptunterschied zwischen Klimaanlagen und Wärmepumpen besteht darin, dass Wärmepumpen über ein Umschaltventil verfügen, das es ihnen ermöglicht, auch Ihr Zuhause zu heizen. Im Heizmodus arbeitet eine Wärmepumpe entgegengesetzt zu einer Klimaanlage. Sie nutzt das Kältemittel, um Wärme in Ihr Zuhause zu bringen, anstatt es zu kühlen.
Wie funktionieren Wärmepumpen?
Hier ist ein Schritt-für-Schritt-Prozess, wie eine Wärmepumpe funktioniert:
- Wärme wird entweder aus der Außenluft oder aus im Boden gespeicherter Wärme gewonnen. Sie wird auf eine Wärmeübertragungsfläche außerhalb der Wärmepumpe geblasen oder gepumpt.
- Diese Wärme ist ausreichend, um das Kältemittel in der Wärmepumpe zu verdampfen und es in ein Gas zu verwandeln.
- Dieses Gas wird dann komprimiert, wodurch sein Druck erhöht und seine Temperatur steigt.
- Das erhitzte Gas strömt durch eine interne Wärmeübertragungsfläche. Diese Wärme kann in das Haus geblasen oder an ein Zentralheizungs- oder Warmwassersystem abgegeben werden.
- Während die Wärme ins Haus geliefert wird, sinkt die Temperatur des Gases, wodurch es wieder in den flüssigen Zustand übergeht.
- Der umgekehrte Kühlzyklus wiederholt sich, bis Ihr Zuhause die gewünschte Temperatur erreicht, die vom Thermostat eingestellt wurde.
Wenn Wärmepumpen ihre Wärme von außen beziehen, wie liefern sie dann Wärme an kalten Tagen?
Selbst bei kaltem Wetter existiert immer noch etwas Wärmeenergie. Wärmepumpen können effektiv Wärmeenergie aus dem Boden oder der Luft um ein Gebäude herum extrahieren und sie nutzen, um Ihr Zuhause oder Ihr Geschäft zu beheizen. Für eine optimale Leistung ist es wichtig, dass Gebäude eine gute Energieeffizienz aufweisen, einschließlich einer effektiven Isolierung.
Verschiedene Arten von Wärmepumpen
Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen: Luft-Wärmepumpen und Erdwärmepumpen. Wärmepumpen können auch mit fossilen Brennstoffen wie Gasheizungen kombiniert werden. Solche Systeme werden oft als Hybrid-Wärmepumpen bezeichnet.
Wie funktioniert eine Luft-Wärmepumpe?
Eine Luft-Wärmepumpe entzieht der Luft Wärme und erhöht deren Temperatur. Es gibt zwei Haupttypen von Luft-Wärmepumpen: Luft-Wasser-Wärmepumpen und Luft-Luft-Wärmepumpen.
Luft-Wasser-Wärmepumpen entziehen der Außenluft Wärme und führen diese einem wasserbasierten Zentralheizungssystem zu (ähnlich wie bei bestehenden gasbetriebenen Zentralheizungen). Aufgrund der geringeren Wärmeabgabe im Vergleich zu herkömmlichen Heizungen oder Kesseln könnten größere Heizkörper oder eine Fußbodenheizung erforderlich sein, um das System optimal zu nutzen. Luft-Wasser-Wärmepumpen eignen sich oft am besten für Neubauten oder energieeffiziente Gebäude.
Luft-Luft-Wärmepumpen entziehen der Außenluft Wärme und verteilen diese mithilfe von Ventilatoren in Ihrem Zuhause. Dieser Systemtyp kann zum Heizen verwendet werden, erzeugt jedoch kein Warmwasser.
Wie funktioniert eine Erdwärmepumpe?
Ein Erdwärmepumpensystem nutzt die natürliche Wärme aus dem Boden, indem es Flüssigkeit durch Rohre pumpt. Die Wärmepumpe erhöht dann die Temperatur dieser Flüssigkeit, die für Heizung oder Warmwasser verwendet wird. Ihre Funktion ähnelt der eines Ofens oder Kessels in einem Zentralheizungssystem, aber sie erzeugt Wärme aus der Umweltwärme im Boden, anstatt Brennstoff zu verbrennen.
Das Erdwärmepumpensystem besteht aus einer Erdkollektor-Schleife (ein Netz von Rohren, die unter der Erde vergraben sind; je größer die Schleife, desto höher ist der Wärmebedarf Ihres Hauses) und der Erdwärmepumpeneinheit.
Ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel wird durch die Erdkollektor-Schleife gepumpt, wobei es die natürlich erzeugte Wärme, die unterirdisch gespeichert ist, aufnimmt. Das Wasser-Gemisch wird komprimiert und durch einen Wärmetauscher geleitet, in dem die Wärme entzogen und an die Wärmepumpe übertragen wird. Die Wärme wird dann an das Heizsystem Ihres Hauses übertragen. Diese Wärme kann für Heizkörper, Warmwasser oder Fußbodenheizungen genutzt werden.
Wie funktioniert eine Hybrid-Wärmepumpe?
Ein Hybrid-Wärmepumpensystem, auch als Dual-Source-System bekannt, kombiniert eine Wärmepumpe (entweder eine Luft-Wärmepumpe oder eine Erdwärmepumpe) mit einem traditionellen Gasofen oder Kesselheizungssystem, und in Zukunft könnte es sogar mit einem Wasserstoffkessel integriert werden.
Hybrid-Heizsysteme können die Außentemperaturen überwachen und automatisch die energieeffizienteste Option auswählen, um Ihr Zuhause konstant warm zu halten und Warmwasser bereitzustellen.
Warum sind Wärmepumpen wichtig für das Erreichen von Netto-Null-Emissionen?
Etwa 40 % der globalen Emissionen stammen aus Gebäuden, wobei ein erheblicher Anteil auf die Art und Weise entfällt, wie wir unsere Häuser und Geschäftsräume heizen. Um Netto-Null-Emissionen zu erreichen und den Klimawandel zu bekämpfen, müssen wir von hochkarbonbasierten Heizsystemen auf saubere, kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Alternativen umsteigen.
Wärmepumpen spielen in diesem Übergang eine entscheidende Rolle aus zwei Hauptgründen:
Das Design von Wärmepumpensystemen zielt darauf ab, mehr Wärmeenergie aus der Umgebung zu gewinnen, als an elektrischer Energie verbraucht wird, um die Wärme zu erzeugen. Sie liefern zwei- bis dreimal mehr Wärmeenergie als den Strom, den sie verbrauchen.
Da immer mehr Strom aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie stammt, wird auch die Energie, die Wärmepumpen antreibt, zunehmend sauberer.