Wärmepumpe

Wạ̈r|me|pum|pe 〈f. 19〉

1. Anlage, in der mechan. Arbeit zur Erzeugung eines Temperaturunterschiedes od. zum Übertragen von Wärmemengen aus einem Wärmespeicher tieferer Temperatur in einen anderen mit höherer Temperatur verwendet wird, z. B. in einer Kühlmaschine

2. 〈i. e. S.〉 eine derartige Anlage, deren Zweck die Heizung des höher temperierten Niveaus ist

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Wạ̈r|me|pum|pe, die (Technik):

Anlage, mit deren Hilfe einem relativ kühlen Wärmespeicher (z. B. dem Grundwasser) Wärmeenergie entzogen u. als Heizenergie nutzbar gemacht werden kann.

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Wärmepumpe,

 

technische Anlage, die unter Aufwendung von Energie einem Wärmeträgermedium relativ niedriger Temperatur (Wärmequelle) Wärme entzieht und sie einem anderen Wärmeträgermedium höherer Temperatur (Wärmenutzung) zuführt. Nach dem Funktionsprinzip unterscheidet man die weit verbreiteten Kompressionswärmepumpen mit Elektro- oder Verbrennungsmotor (Gas-, Dieselmotor) als Antrieb und die noch wenig angewendeten Absorptionswärmepumpen, die nach dem Prinzip der Absorptionskältemaschine (Kältemaschine) mit Wärmeenergie (Gasbrenner, Abwärme) betrieben werden.

 

Hauptbestandteile der Kompressionswärmepumpe sind wie bei einer Kältemaschine Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger (Kondensator) und Expansionsventil. Ein geeignetes Kältemittel, in der Regel eine niedrigsiedende Flüssigkeit, wird im Verdampfer verdampft, vom Verdichter angesaugt und unter Erhöhung seiner Temperatur verdichtet sowie anschließend im Verflüssiger wieder kondensiert. Bei diesem Prozess entzieht das Kältemittel dem niedrigtemperierten Medium Wärmeenergie und kühlt es ab, während es diese auf der anderen Seite an das höhertemperierte Medium wieder abgibt, dessen Temperatur sich entsprechend erhöht. Das kondensierte Kältemittel selbst strömt sodann durch das Expansionsventil, entspannt sich dabei und kühlt ab, um von neuem im Verdampfer den Kreisprozess zu beginnen. Bei der Wärmepumpe wird also im Gegensatz zur Kältemaschine die im Verflüssiger abgegebene, auf höherem Temperaturniveau befindliche Wärme nutzbar gemacht; die im Verdampfer erzeugte Kälte wird nur seltener zu Kühlzwecken herangezogen.

 

Die Effektivität einer Wärmepumpe wird durch die Leistungszahl ε = η · ε_c angegeben, wobei der »Gütefaktor« η die Verluste aller Anlagenteile und ε_c die carnotsche Leistungszahl (Carnot-Prozess) ist. Die Leistungszahl gibt für einen bestimmten Arbeitspunkt das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung und aufgenommener elektrischer Antriebsleistung an. Sie hängt stark von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (möglichst hohe Temperatur) und Nutzwärmeniveau (möglichst niedrige Temperatur) ab.

 

Wärmepumpen können als Ergänzung einer konventionellen Anlage zur Heizung von Gebäuden und Schwimmbädern, zur Warmwasserbereitung, zur Wärmeversorgung industrieller Prozesse eingesetzt werden. Für die Gebäudeheizung und Brauchwassererwärmung kommen als Wärmequellen vorwiegend Außenluft, Erdboden, Grundwasser und Oberflächenwasser, aber unter geeigneten klimatischen Bedingungen auch durch Sonnenenergie erwärmte Flüssigkeitsspeicher (Solarheizung, Solarteich) infrage. Die erzeugte Nutzwärme wird vorzugsweise in eine Niedertemperaturheizung (z. B. Fußbodenheizung, Heizung) eingespeist. Die in kleinen Gebäuden meist eingesetzten Elektrowärmepumpen können den Heizöl- und Erdgasverbrauch wesentlich senken (Heizleistung 5 bis 30 kW für Raumheizung, bis zu 2 kW für Warmwasser); hinsichtlich des Gesamtprimärenergieverbrauchs (unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Stromerzeugung im Kraftwerk) arbeiten sie bei Leistungszahlen über 3 effizient. In Großanlagen (ab 100 kW) für Mehrfamilienhäuser, Sportzentren, Fabrikgebäude u. Ä. herrschen Gaswärmepumpen vor; sie besitzen den Vorteil eines besonders niedrigen Primärenergiebedarfs und entsprechenden Energiesparpotenzials. Elektrowärmepumpen sind hier in Kombination mit der Kraft-Wärme-Kopplung geeignet, z. B. mit Blockheizkraftwerken. Im industriellen Bereich steht mit der Abwärme in Kühl- und Abwassern vielfach eine für Wärmepumpen sehr günstige Wärmequelle zur Verfügung, die als Heizwärme oder niedrigtemperierte Prozesswärme rückgeführt werden kann. Die Effizienz des Einsatzes von Wärmepumpen in diesem Sektor wird durch einen kontinuierlichen Anfall der Abwärme, einen stetigen Betrieb der Anlage sowie Nutzung der Funktionen »Heizen« und »Kühlen« günstig beeinflusst.

 

Literatur:

 

W., hg. v. H. Kirn, 9 Bde. (^1-61981-87);

 E. Füglister u. R. Sigg: Umwälzpumpen. Auslegung u. Betriebsoptimierung (Bern 1991);

 

W. Planung, Bau u. Betrieb von Elektrowärmepumpenanlagen, Beitrr. v. T. Baumgartner u. a. (²1996).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Wärmepumpe: Die Funktionsweise

 

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Wạ̈r|me|pum|pe, die (Technik): Anlage, mit deren Hilfe man einem relativ kühlen Wärmespeicher (z. B. dem Grundwasser) Wärmeenergie entziehen u. als Heizenergie nutzbar machen kann.