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Einfach erklärt: Funktionsweise einer Wärmepumpe

Wärmepumpen nutzen die frei verfügbare und unerschöpfliche Umweltenergie. Je nach Art der Wärmepumpe wird die Wärme aus der Luft, der Erde oder aus dem Grundwasser gewonnen. Das Funktionsprinzip ist einfach – es entspricht dem eines Kühlschranks, nur umgekehrt. Um zu kühlen, entzieht ein Kühlschrank seinem Innenraum die Wärme und gibt sie nach außen ab. Eine Wärmepumpe zieht die Wärme aus der Umwelt, um damit Gebäude zu beheizen und Warmwasser zu erzeugen. Diese moderne Technologie ist umweltschonend, sehr effizient – und zukunftsfähig.

Erfahren Sie alles über die Funktionsweise und viele weitere Themen:

Aufbau und Prinzip: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe gewinnt die Wärme aus der Umwelt. Diese entsteht durch die Sonne und die konstant hohen Temperaturen im Erdkern – und ist permanent verfügbar. Die Wärme ist in der Luft, in der Erde und im Grundwasser gespeichert und steht zur freien Verfügung. Diese drei natürlichen Umweltquellen macht sich eine Wärmepumpe je nach Art zunutze: Luft/Wasser-Wärmepumpen ziehen die Außenluft über einen Ventilator an. Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen wird die Wärme aus dem Erdreich oder dem Grundwasser gewonnen.

In jeder Wärmepumpe zirkuliert hierbei ein besonderes Kältemittel, wodurch die Umweltwärme auf das Niveau von Heizwärme gebracht wird. Kältemittel sieden in der Regel bereits bei einer Umgebungstemperatur von –40 °C und wechseln vom flüssigen in einen gasförmigen Zustand. Das entstandene Gas wird durch Kompression auf ein für das Heizsystem nutzbares Temperaturniveau gebracht, das genug Wärme bereitstellt, um Ihr Zuhause zu beheizen und mit Warmwasser zu versorgen. Den als Antriebsenergie benötigten Strom können Sie mit einer Photovoltaikanlage sogar zu einem großen Teil selbst erzeugen.

Funktionsweise einer Wärmepumpe Schritt für Schritt erklärt

Der Kältemittelkreislauf innerhalb einer Wärmepumpe lässt sich in vier Schritten einfach beschreiben:

  • Schritt 1: Verdampfen
    Die Umweltwärme wird durch einen Wärmetauscher auf das Kältemittel übertragen. Dieses verdampft aufgrund seines enorm tiefen Siedepunktes.
  • Schritt 2: Verdichten
    Als Nächstes wird das gasförmige Kältemittel durch einen elektrischen Kompressor verdichtet. Die Verdichtung hat zur Folge, dass der Druck und damit die Temperatur des Kältemittels steigt.
  • Schritt 3: Verflüssigen
    Über einen weiteren Wärmetauscher wird dem Kältemittelgas die Wärme entzogen und an das Heizungswasser abgegeben, bis die gewünschte Vorlauftemperatur erreicht ist. Die Wärme wird daraufhin an den Wärmespeicher des Heizsystems übertragen und über Fußbodenheizungen oder Radiatoren verteilt.
  • Schritt 4: Entspannen
    Das Kältemittel hat sich durch die Wärmeabgabe an das Heizungswasser wieder verflüssigt. Zur vollständigen Entspannung wird es über das Expansionsventil wieder dem Verdampfer zugeführt, wo der Kreislauf von Neuem beginnt.

So funktionieren die Techniken zur Umweltwärmegewinnung

Luft, Erde und Wasser: Jede der drei Energiequellen wird je nach Art der Wärmepumpe unterschiedlich genutzt. Alle drei Techniken haben Vorteile und Besonderheiten – und eine Gemeinsamkeit: Sie sind bewährt, robust und äußerst zuverlässig.

Wärmequelle Luft

Wärmequelle Erde

Wärmequelle Grundwasser

Wärmequelle Luft

Funktionsweise Luftwärmepumpen

Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Außenluft als Wärmequelle. Die Erschließung ist vergleichsweise einfach, denn es sind keine Erdbohrungen oder Gartenumgrabungen nötig. Es muss lediglich Platz für die Außeneinheit eingeplant werden. Das Prinzip in Kürze:

  • Schritt 1: Der Ventilator der Außeneinheit saugt die Umgebungsluft an und transportiert sie zu einem Wärmetauscher.
  • Schritt 2: Das Kältemittel entzieht der Luft dort ihre gespeicherte Wärme und verdampft.
  • Schritt 3: Das nun gasförmige Kältemittel wird dem Kompressor zugeführt und verdichtet. Dabei erhöht sich der Druck und somit die Temperatur des Kältemittels. Im Verflüssiger wird die Wärmeenergie an das Heizungswasser abgegeben.

Wärmequelle Erde

Funktionsweise Erdwärmepumpen

Erdwärmepumpen machen die im Boden gespeicherte Wärme nutzbar. Das ist sehr effizient, denn die Temperaturen im Erdreich sind konstant hoch. Die Wärmepumpe wird im Haus aufgestellt und die Wärme draußen unter der Erde über Erdkollektoren, Erdwärmekörbe oder eine Erdsonde gewonnen. Das Prinzip in Kürze:

  • Schritt 1: An die Wärmepumpe sind Rohrleitungen angeschlossen, in denen eine frostsichere Soleflüssigkeit zirkuliert. Diese nimmt die Erdwärme auf.
  • Schritt 2: In der Wärmepumpe wird die Wärmeenergie auf ein Kältemittel übertragen, das verdampft und dann verdichtet wird, was für einen Temperaturanstieg sorgt.
  • Schritt 3: Die Wärmeenergie wird von der Wärmepumpe an das Heizsystem weitergegeben. Das Kältemittel kühlt ab und verflüssigt sich wieder.

Wärmequelle Grundwasser

Funktionsweise Wasserwärmepumpen

Wasserwärmepumpen nutzen die konstant hohe Wärme aus dem Grundwasser. Dafür müssen unterirdisch zwei Brunnen gebohrt werden. Die Wärmepumpe wird im Innenbereich aufgestellt. Das Prinzip in Kürze:

  • Schritt 1: Aus dem Förderbrunnen (auch Saugbrunnen genannt) transportiert eine Pumpe das Grundwasser nach oben zur Wärmepumpe.
  • Schritt 2: Die im Grundwasser gespeicherte Wärme wird auf den Kältekreislauf der Wärmepumpe übertragen. Das dort vorhandene Kältemittel nimmt die Wärme auf, verdampft und wird dann verdichtet. Durch die Druckerhöhung erwärmt sich das Kältemittel, und die Wärme wird auf das Heizsystem übertragen.
  • Schritt 3: Ein Schluckbrunnen führt das Grundwasser wieder in den natürlichen Kreislauf zurück.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Winter?

Wärmepumpen nutzen die Umweltwärme aus der Luft, der Erde oder dem Grundwasser – und das natürlich auch in den Wintermonaten. Die Erklärung ist einfach: Der Begriff Umweltwärme ist eine technische Definition und unterscheidet sich von unserem menschlichen Temperaturempfinden. Während wir eine Lufttemperatur von 0 °C als kalt empfinden, ist diese Temperatur wissenschaftlich gesehen etwa 273 Kelvin „warm“.

Eine Wärmepumpe kann die Wärme aus der Umwelt also auch im Winter zuverlässig und effizient zur Beheizung und Warmwasserbereitung nutzen. Die Temperatur der Wärmequelle muss lediglich den Siedepunkt des wärmetransportierenden Kältemittels übersteigen – dieser liegt meistens zwischen max. –57 °C und min. –12° C.

Wie effizient Ihre Wärmepumpe in den kalten Wintermonaten arbeitet, hängt von der Bauweise ab. Erdwärmepumpen mit Erdsonden nutzen die ganzjährig hohen Temperaturen in der Tiefe der Erde. Erfolgt die Wärmegewinnung über Erdkollektoren oder Erdkörbe, ist die Temperatur zwar geringer, der Betrieb der Wärmepumpe aber immer noch sehr effizient. Dasselbe gilt, wenn Sie eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe haben. Luft/Wasser-Wärmepumpen wiederum müssen durch die kalte Außenluft im Winter zwar mehr arbeiten, ein elektrischer Heizstab leistet hier an außergewöhnlich kalten Tagen aber zuverlässig Unterstützung.

Kühlen mit einer Wärmepumpe – auch im Sommer die perfekte Temperatur

Ist das System von Ihrem Heizungsfachbetrieb entsprechend ausgelegt, können unsere Wärmepumpen in Kombination mit einer Fußbodenheizung die Temperaturen in Ihrem Haus um bis zu 3 °C senken. Hierfür wird der Kältekreislauf einfach umgekehrt. In Verbindung mit Gebläsekonvektoren ist sogar eine gradgenaue Klimatisierung möglich – und Sie genießen im Sommer eine angenehme Kühlung des ganzen Hauses.

Aktive Kühlung mit einer Wärmepumpe

Bei der aktiven Kühlung wird der Funktionsprozess der Wärmepumpe umgedreht. An heißen Tagen nimmt sie die Wärme des Gebäudes auf und kühlt das Heizungswasser aktiv, d. h. unter Einsatz von Strom. Im Sommer ist damit eine stärkere Kühlung möglich, gleichzeitig wird mehr Strom benötigt. Eine weitere Möglichkeit der aktiven Kühlung ist die exakte Raumtemperierung und Entfeuchtung der Innenluft über zusätzlich installierte Gebläsekonvektoren, vergleichbar mit einer Klimaanlage. 

Passive Kühlung mit einer Wärmepumpe

Die passive Kühlung – auch Natural Cooling genannt – ist nur bei Erdwärme- und Wasserwärmepumpen möglich. Hierbei wird die niedrigere Temperatur des Erdreichs oder Grundwassers durch einen Wärmetauscher auf das zirkulierende Heizwasser im Fußboden übertragen, was die Temperaturen im Raum um bis zu 3 °C senken kann. Da hierfür der Betrieb des Wärmepumpenaggregats nicht notwendig ist, verbraucht Natural Cooling kaum Strom.

Kontrollierte Wohnraumlüftung mit einer Wärmepumpe – frische Luft ohne Wärmeverlust

Bei Neubauten oder Altbauten, die nachträglich gedämmt wurden, empfiehlt sich eine kontrollierte Wohnraumlüftung nicht nur – sie ist sogar in den allermeisten Fällen (bei Neubau grundsätzlich) gesetzlich vorgeschrieben. Mit der Kombination aus einer Wärmepumpe und einer kontrollierten Wohnraumlüftung haben Sie jederzeit saubere, frische Luft in den Räumen. Gleichzeitig sparen Sie Energie, da die Wärme nicht durch geöffnete Fenster entweicht. Eine Wärmepumpe kann nach Bedarf um eine Lüftungsanlage erweitert werden. Unsere kontrollierte Wohnraumlüftung recoVAIR passt in jedem Fall.

Übrigens: In unserer Luftwärmepumpe recoCOMPACT exclusive ist die zentrale Lüftung recoVAIR bereits serienmäßig integriert – eine echte All-in-one-Lösung.

Lesen Sie mehr über unsere Lüftungssysteme und wie sie funktionieren:

Zum Ratgeber Lüftung

Unsere Wärmepumpen

Hier gewinnen Sie einen Überblick über unser Angebot an Wärmepumpen für unterschiedliche Einsatzbereiche und können sich näher zu einzelnen Produkten informieren.

Soundbox

Dank unseres speziell entwickelten Sound Safe Systems sind unsere Wärmepumpen besonders leise. Hören Sie selbst.

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Hier erfahren Sie mehr über Photovoltaikanlagen und wie Sie selbst erzeugten Strom für den Betrieb Ihrer Wärmepumpe nutzen können.

Kältemittel

Hier erhalten Sie mehr Informationen über Kältemittel im Allgemeinen und welche Arten es gibt.