Durch die Sonneneinstrahlung werden Luft, Boden, Grund- und Oberflächenwasser
erwärmt. Die Wärmepumpe ermöglicht die Nutzung dieser auf
einem niedrigen Temperaturniveau in Form von Umgebungswärme gespeicherten
Sonnenenergie zur Wärmeversorgung. Entsprechendes gilt für die
Abwärme aus industriellen Prozessen auf niedrigem Temperaturniveau.
Eine Wärmepumpe ist eine Anlage, die es ermöglicht, aus einer Wärmequelle
geringwertige (d.h. auf niedrigem Temperaturniveau befindliche)
thermische Energie zu entnehmen und, unter Zufuhr von hochwertiger
Treibenergie, in höherwertige (d.h. auf einem höheren Temperaturniveau
befindliche) thermische Energie umzuwandeln. Dem oberen Temperaturniveau
sind hierbei aus technischen und aus wirtschaftlichen Gründen
Grenzen gesetzt. Deshalb liegt das Einsatzpotential der Wärmepumpe dort,
wo Raumwärme, Warmwasser oder auch Prozesswärme in einem Temperaturbereich
von etwa 35 bis 65 °C (in besonderen Fällen auch bis zu 110°C)
benötigt werden.
Wärmepumpen bestehen aus mehreren Komponenten, die durch Rohrleitungen
zu einem geschlossenen System verbunden sind, in dem ein
Arbeitsmedium (meist ein Kältemittel) zirkuliert. Dabei findet ein
linksläufiger thermodynamischer Kreisprozess statt. Je nach der Art dieses
Prozesses unterscheidet man zwischen Kaltdampfkompressions-,Thermokompressions-
und Absorptionswärmepumpen.
Bei den am häufigsten eingesetzten Kompressionswärmepumpen wird dem Kreisprozess die
Treibenergie in Form von mechanischer Arbeit zur Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmediums zugeführt. Im Fall des Antriebs durch einen Elektromotor spricht man von einer Elektro-Wärmepumpe, es gibt aber auch den Antrieb durch Verbrennungsmotor oder sonstige thermische oder hydraulische Kraftmaschinen.
Als Wärmequelle kommen hauptsächlich in Betracht:
• Außenluft
• Erdreich
• Grundwasser
Oberflächengewässer
• gefasste Abwärmeströme aus industriellen Prozessen.
Die wichtigsten Kriterien für die Nutzbarkeit einer Wärmequelle sind der
Aggregatzustand des Trägermediums, Höhe und tages- bzw. jahreszeitliche
Schwankungen seiner Temperatur, die mengenmäßige Verfügbarkeit sowie
eventuelle durch die Nutzung entstehende Rückwirkungen auf die Umwelt.
Zur Charakterisierung eines Wärmepumpensystems wird oft die Bezeichnung der Wärmequelle sowie des Heizwärmeträgers vorangestellt.
Eine “Luft/Wasser-Wärmepumpe” nutzt also Luft als Wärmequelle und dient
als Wärmeerzeuger für eine Warmwasserheizung.
Die Wärmepumpe wird entweder allein ("monovalent") oder mit einem ergänzenden Wärmeerzeuger ("bivalent") im Alternativ-, Parallel- oder Mischbetrieb betrieben.
Die Beschreibung der energetischen Effizienz von Wärmepumpen kann über verschiedene Kenngrößen erfolgen, die jeweils den Ertrag in Relation zum Aufwand setzen, und die somit dem Wirkungsgrad konventioneller Heizungsanlagen entsprechen.
Grundsätzlich ist es für die energetische Effizienz einer Wärmepumpe von
Vorteil, wenn das Temperaturniveau des Heizwärmeträgers möglichst wenig
über dem der Wärmequelle liegt. Günstig ist also eine niedrige
Vorlauftemperatur und eine hohe Wärmequellentemperatur.
© Marc Husmann Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Herausgebers.
