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Welche Wärmequellen stehen zur Verfügung?
Die Wärmepumpe kann ihre Energie grundsätzlich aus beliebigen Wärmequellen in unterschiedlichen Aggregatszuständen (gasförmig, fest oder flüssig) beziehen. Am verbreitetsten sind dabei Luft (gasförmig), Erde (fest) und Grundwasser (flüssig). Letztere Beiden werden auch als geothermische Wärmequellen bezeichnet. Das Temperaturniveau der Wärmequelle wirkt sich dabei direkt auf die Effizienz (Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe aus. Die Effizienz eines Wärmepumpenprozesses ist umso höher, je konstanter das Temperaturniveau der Wärmequelle im Jahresverlauf ist. Gleichzeitig wirkt sich ein geringer Temperaturunterschied der Wärmequelle im Vergleich zum Gebäudeinneren positiv auf die Effizienz der Wärmepumpe aus. Da insbesondere die Außenluft hohen Schwankungen im Jahresmittel und im Tagesverlauf unterliegt, empfehlen sich besonders annähernd konstante Wärmequellen, wie geothermische, als bevorzugte Wärmequelle.
Die Art der Wärmequelle lässt sich bereits bei der Bezeichnung einer Wärmepumpe ableiten, sodass bspw. eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ihre Energie aus der Umgebungsluft zieht.
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Welche Vorgänge laufen im Inneren der Wärmepumpe ab?
Da das Temperaturniveau der Wärmequelle nicht ausreicht, um das Haus im Winter zu beheizen oder Warmwasser zum Duschen zur Verfügung zu stellen, bedarf es eines physikalischen Prozesses welcher die Umgebungswärme auf ein höheres Temperaturniveau bringt. Damit dies gelingt, kommt ein Kältemittel in der Wärmepumpe zum Einsatz.
Kurzbeschreibung
Das im Ausgangszustand flüssige Kältemittel nimmt die Umgebungswärme der jeweiligen Wärmequelle auf und verdampft dabei. Das nun dampfförmige Kältemittel durchläuft im zweiten Schritt einen strombetriebenen Verdichter und wird dabei auf ein zur Nutzung notwendiges Temperaturniveau gebracht ("gepumpt"). Das Phänomen der Erwärmung beim Verdichten von Medien kann im Alltag auch bei einer Luftpumpe beobachtet werden, die sich bei mehrmaligen Pumpen beginnt zu erwärmen. Anschließend durchläuft das nun unter erhöhtem Druck stehende Kältemittel einen Wärmetauscher, wird wieder flüssig und gibt dabei die Wärmeenergie an das Heizsystem des Gebäudes ab. Zur Erreichung des Ausgangsdrucks durchläuft das Kältemittel im letzten Schritt noch ein Entspannungsventil ehe der Prozess wieder von neuem beginnen kann.
Der angesprochene Prozess setzt sich im Detail aus den vier Schritten Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen und Entspannen zusammen.
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Welche Möglichkeiten bestehen bei der Speicherung und Verteilung der erzeugten Wärme?
Speichersystem
Die Abgabe der Wärmeenergie des Kältemittels kann entweder direkt an das Heizsystem im Gebäude erfolgen oder in einem Zwischenschritt zunächst in einem Wärmespeicher übertragen werden. Durch den Speicher findet somit ggf. eine hydraulische, insbesondere aber eine zeitliche Entkopplung von Erzeugung und Bedarf statt. Der zusätzliche Einbau eines Wärmespeichers ist mit verschiedenen Vorteilen verbunden, darunter dieser, dass ein einbinden weiterer erneuerbarer Energiequellen wie Solarthermie oder Biomasse möglich wird. Der Speicher dient somit als Sammelpunkt der Energien verschiedener Quellen von dem aus der Bedarf und die Erzeugung letztlich gesteuert wird.
Verteilsystem
Beim Verteilen der Wärme im Gebäude wird zwischen den Medien Luft und Wasser unterschieden. Der klar dominierende Fall ist das wasserführende Heizsystem. Dieses setzt auch die Einbindung eines Wärmespeichers voraus. Es gibt jedoch auch Wärmepumpenarten bspw. die Luft-Luft-Wärmepumpe, bei der die gewonnene Nutzwärme unmittelbar an die Raumluft übertragen wird.
Wie bereits bei der Wärmequelle, kann auf Basis der Bezeichnung der Wärmepumpe häufig abgeleitet werden, auf welche Art die Wärme im Gebäude verteilt wird. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe überträgt ihre Wärmeenergie bspw. auf ein wassergeführtes Heizsystem.
