Wärmepumpe – einfaches Prinzip, effektive Wirkung

Die Wärmepumpe arbeitet nach einem einfachen Prinzip und erzielt dabei eine erstaunlich effektive Wirkung. Vereinfacht gesagt funktioniert eine Wärmepumpe nach dem Kühlschrankprinzip – nur umgekehrt. Während der Kühlschrank die Wärme nach außen leitet, holt sich die Wärmepumpe Energie aus der Luft oder dem Erdreich über das Heizungssystem in den Wohnraum.

Die der Umgebungsluft entzogene Wärme wird anschließend genutzt, um das in der Wärmepumpe befindliche Kältemittel zum Verdampfen zu bringen. Der Kältemitteldampf wird anschließend verdichtet, um die notwendige Temperatur für unterschiedliche Heizsysteme zu erhalten.

Unterschiedliche Heizsysteme erfordern unterschiedliche Temperaturen. Eine Heizung mit Radiatoren beispielsweise erfordert Temperaturen von bis zu 70 Grad Celsius. Eine Fußbodenheizung kommt dagegen mit einem Vorlauf von 35 Grad Celsius aus. Um einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpe zu sichern, kommt es auf das passende Heizsystem an. Viessmann Wärmepumpen können sowohl Fußbodenheizungen als auch Radiatoren mit ausreichender Wärme versorgen. Damit eignen sie sich sowohl für die Modernisierung eines Altbaus als auch für den Neubau.
 

Viessmann Wärmepumpen – Spitzentechnik im Kältekreis

Ausschlaggebend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Konstruktion des Kältekreises. Viessmann setzt dafür modernste Komponenten ein. Sie zeichnen sich durch einen leisen, vibrationsarmen und äußerst langlebigen Betrieb aus. Zur Wärmeerzeugung wird in der Natur vorhandene Wärme entzogen und mit ihr ein Kältemittel verdampft, das bereits bei geringer Temperatur siedet.

Der Verdichter komprimiert das dabei entstehende Gas und bringt es auf ein höheres Temperaturniveau. Ein Wärmetauscher überträgt die Energie aus dem erwärmten Gas auf den Heizkreislauf. Dabei verflüssigt sich das noch unter Druck stehende Kältemittel wieder und wird in einem Expansionsventil entspannt. Die Temperatur sinkt dabei stark ab. Danach beginnt der Kreislauf und mit ihm das Heizen mit Wärmepumpe von vorn. Wie der Prozess im Detail aussieht, erklärt der Abschnitt Funktionsweise der Wärmepumpe.

Verdichtungsprozess bei einer Wärmepumpe

Verdichterprozess der Wärmepumpe

Zum Zentrum hin immer wärmer:
Bei einer Ausgangstemperatur zwischen 5 und 18 °C wird am Ende eine Vorlauftemperatur bis zu 72 °C erzielt.


Energiequellen für die Wärmepumpe

Die im Einzelfall beste Wärmequelle für die Wärmepumpe hängt von den örtlichen Gegebenheiten und dem Wärmebedarf ab. Viessmann Wärmepumpen können verschiedene Energiequellen nutzen:

  • Luft
  • Erdreich
  • Wasser
  • Abwärme
  • Eisspeicher

Energiequelle Luft – unbegrenzte Verfügbarkeit, geringste Investitionskosten

Luft ist überall und kostenfrei vorhanden. Darüber hinaus enthält Umgebungsluft immer Wärme – auch wenn es sich draußen klirrend anfühlt. Der untere Temperaturgrenzwert liegt physikalisch bei -273,15 Grad Celsius. Das bedeutet, jede Temperatur, die darüber liegt, enthält noch thermische Energie, die man nutzen könnte. Auch wenn es in der Theorie möglich ist, lässt sich ein wirtschaftlicher Betrieb mit einer Wärmepumpe nur bis etwa -20 Grad Celsius erreichen. Die Aufstellung der Wärmepumpe ist sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes möglich. Wann sich der Betrieb einer Luft-Wärmepumpe rentiert, was zu beachten ist und wie die Funktionsweise im Detail aussieht, erklärt der Abschnitt Luft-Wasser-Wärmepumpen.

Die Grafik zeigt die Wärmegewinnung aus der Luft

Wärme aus der Luft

[1] Vitocal Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher


Die Grafik zeigt die Wärmegewinnung aus der Luft mit Außeneinheit

Wärme aus der Luft (mit Außeneinheit)

[1] Vitocal Split Luft/Wasser-Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher
[4] Außeneinheit

Energiequelle Erdreich – über Erdkollektoren oder Erdsonden

Ähnlich wie die Umgebungsluft befindet sich im Erdreich auch immer Wärme, die das Heizen mit Wärmepumpen ermöglicht. Das Besondere am Erdreich als Energiequelle sind die verhältnismäßig hohen und konstanten Temperaturen. Ab einer Tiefe von etwa 10 Metern bleiben diese selbst im gesamten Winter auf einem verhältnismäßig hohen Niveau. Mit zunehmender Tiefe steigen die Temperaturen und mit ihnen die Menge an thermischer Energie, die mithilfe von Erdsonden angezapft werden könnte.

Neben der Energiegewinnung durch Erdsonden besteht auch die Möglichkeit, oberflächennah Wärme zu gewinnen. Dazu werden Erdkollektoren wie Flächenkollektoren oder Grabenkollektoren oder Energieabsobermatten verwendet. Wie die Technologien im Detail funktionieren, erfahren Sie im Abschnitt Sole-Wasser-Wärmepumpen.

Die Grafik zeigt die Wärmegewinnung aus dem Erdreich mit Erdsonden

Wärme aus dem Erdreich (Sonde)

[1] Vitocal Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

Wärmepumpe: Wärme aus dem Erdreich (Kollektor)

Wärme aus dem Erdreich (Kollektor)

[1] Vitocal Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

Energiequelle Wasser – besonders hohe Effizienz und zu beachtende Wasserqualität

Neben der Umgebungsluft und dem Erdreich hat das Grundwasser auch ganzjährig hohe Wärmeenergie, die als Energiequelle für eine Wärmepumpe infrage kommt. Um die thermische Energie nutzen zu können, ist eine Brunnenanlage bestehend aus Saug- und Schluckbrunnen notwendig. Je nach Standort sind diese Anlagen aus Umwelt- und Gewässerschutzgründen nicht zugelassen.

Aber auch in Gegenden, wo eine Brunnenanlage erlaubt ist, bedeutet das nicht automatisch einen wirtschaftlichen Betrieb. Denn die Wasserzusammensetzung hat einen entscheidenden Einfluss auf den reibungslosen und effizienten Wärmepumpenbetrieb. Ist die Nutzung einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe nicht möglich, bietet sich in der Praxis die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Eisspeicher oder Erdkollektoren als gute Alternative an.

Die Grafik zeigt die Wärmegewinnung aus dem Grundwasser

Wärme aus dem Grundwasser

[1] Vitocal Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

Energiequellen Luft, Erdreich und Sonne – Eisspeicher mit hoher Effizienz

Innovativ ist die Nutzung eines Eisspeichers als Energiequelle. Dabei handelt es sich um eine Zisterne mit eingebauten Wärmetauschern, die im Garten vergraben und mit normalem Leitungswasser gefüllt wird. Auf dem Dach des Hauses entziehen Solar-Luftabsorber die Wärme aus der Umgebungsluft sowie der Sonnenstrahlung und führen diese dem Speicher zu. Darüber hinaus bezieht der Eisspeicher Wärme direkt aus dem Erdreich.

Wärmepumpe: Wärme aus Erdreich, Luft und Sonne (Eisspeicher)

Wärme aus dem Erdreich, der Luft und von der Sonne (Eisspeicher)

[1] Vitocal Wärmepumpe
[2] Eisspeicher
[3] Solar-/Luft-Absorber

Energiequelle Abwärme – abhängig von Verfügbarkeit, Menge und Temperaturniveau

Vor allem an kalten Tagen ist die Luft in einem bewohnten Raum deutlich wärmer als die Außenluft. Diese Wärme lässt sich mit einer Warmwasser-Wärmepumpe nutzen. Diese übernimmt unabhängig von der vorhandenen Heizungsanlage problemlos die Warmwasserbereitung. Warmwasser-Wärmepumpen von Viessmann sind für den Umluft- oder Abluftbetrieb ausgelegt und wahlweise mit integriertem Solar-Wärmetauscher und Solarregelung zur direkten Nutzung der Solarenergie erhältlich.

COP der Wärmepumpen bis zu 5,0

Heizen mit Wärmepumpen von Viessmann bedeutet, auf bewährte Technik setzen und dabei die Umwelt entlasten. Denn alle Geräte zeichnen sich durch optimal aufeinander abgestimmte Komponenten und einen hohen COP aus. COP (Coefficient of Performance) steht für das Verhältnis von erzeugter Nutzwärme und eingesetzter Antriebsenergie als eine Momentaufnahme.

Für die Planung einer Anlage ist aber der voraussichtliche Betrieb über ein ganzes Jahr zu betrachten. Dafür wird die abgegebene Wärmemenge mit der gesamten elektrischen Arbeit der Wärmepumpenanlage unter Berücksichtigung der Stromanteile für Pumpen, Regelung etc. ins Verhältnis gesetzt. Das Ergebnis wird als Jahresarbeitszahl bzw. SCOP bezeichnet.

Vereinfacht ausgedrückt ist COP ein wichtiger Kennwert bei Wärmepumpen. Je größer dieser ausfällt, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Welche weiteren Faktoren für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb sorgen, erfahren Sie im Abschnitt Wärmepumpe kaufen.

Das Bild zeigt die Auswahl an Wärmepumpen von Viessmann

Produktprogramm Wärmepumpen

Viessmann Wärmepumpen kommen sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung eines Altbaus zum Einsatz. Sie lassen sich mit Solaranlagen und gemeinsam mit einer vorhandenen Ölheizung oder Gasheizung wirtschaftlich betreiben. Für große Wohngebäude, Gewerbe, Industrieunternehmen und Kommunen kommen Großwärmepumpen bis 2000 KW zum Einsatz. Damit können Sie Ihre Vorstellungen besonders gut umsetzen.