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Wärmepumpen - Protech Wärme

Wärmepumpen

Wärmepumpe

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?


Fast jeder hat eine Wärmepumpe in der Küche stehen. Der allseits bekannte Kühlschrank arbeitet nach dem gleichen Prinzip, und kühlt für uns gewohnt beständig und zuverlässig.
Die Wärmepumpe braucht zunächst eine Wärmequelle. Dazu dient beispielsweise die Abluft, die Außenluft, das Erdreich, oder nach Verfügbarkeit auch das Abwasser. Aber warum kann man mit Außenlufttemperaturen von beispielsweise -12°C ein Gebäude auf 22°C beheizen. Irgendwas war da doch im Physikunterricht. Ein gewisser Lord Kelvin definierte vor mehr als 150 Jahren bereits den absoluten Nullpunkt der Temperaturscala, der bei -273°C liegt. Alles darüber beinhaltet physikalisch betrachtet Energie. So ist also in der Außenluft mit einer Temperatur von -12°C noch die Entahalpie (Wärmeenergie) einer Temperatur von 261°C enthalten. Das ist viel. Auch die Erdoberfläche die im Winter frieren kann besitzt demnach noch viel nutzbare Energie. Doch wie kann man diese Energie für uns nutzbar machen?
Ein sogenannter Kältekreis schafft das. In einem möglichst kleinen, in modernen kompakten Geräten schallgedämmt eingehausten Kältekreissystem fließt ein sogenanntes Kältemittel. Dieses Kältemittel hat die besondere Eigenschaft, im flüssigen Zustand bei niedrigen Temperaturen durch eine Temperaturerhöhung am sogenannten Verdampfer, in einen gasförmigen Aggregatzustand überzugehen und damit diese niedrigen Temperaturen als Energie zu speichern. Wir wissen, dass Wasser bei 100°C verdampft. Kältemittel verdampfen bereits bei -20°C. Das macht sich der Kältekreis zunutze, denn nach dem Verdampfen wird das Kältemittel zu einem Verdichter geleitet und hier komprimiert. Das gasförmige Kältemittel wird in einen hohen Druck (über 20 bar) versetzt und so in ein enorm hohes Temperaturniveau katapultiert. Nicht nachvollziehbar? Sie haben wohl schon einmal einen Fahrradreifen aufgepumpt? Mechanische Energie erzeugt Druck im Reifen und die Handfläche die die Pumpe umfasst erwärmt sich stark. Das kommt nicht nur durch die Reibung sondern überwiegend durch die Druckerhöhung. Natürlich reagiert ein Kältemittel stärker als normale Luft, der Effekt ist aber nachvollziehbar. Zurück zum Kältekreis: Das Kältemittel wird durch einen Verdichter komprimiert und befindet sich auf einer Temperaturebene die zur Beheizung von Wohngebäuden ausreichend ist. Wichtig dabei ist, dass der Verdichter so wenig wie möglich Strom aufnimmt. Wenn dieser Strom dann auch noch Ökostrom ist, wird die ökologische Energiebilanz hervorragend. Das aber ist ein anderes Thema. Das jetzt verdichtete, gasförmige, heiße Kältemittel soll die Wärmeenergie an unser Heizsystem abgeben. Dies geschieht meist über eine Pumpenwarmwasserheizung (z. B. Fußbodenheizung). Dabei ist eine genaue Dimensionierung unumgänglich um ein effektives Gesamtsystem zu erhalten. Das  gasförmige, heiße Kältemittel strömt also in einen weiteren Wärmetauscher, den sogenannten Kondensator. Hier wird die Wärme an die eigentliche Heizung abgegeben. Die Temperatur des Kältemittels nimmt schlagartig ab und es beginnt bereits wieder in den flüssigen Zustand über zu gehen. Um den noch vorhandenen hohen Druck abbauen zu können, wird das Kältemittel über ein Expansionsventil geleitet. Hier wird der gleiche Effekt genutzt der beispielsweise bei der Entleerung einer Dose Haarspray zu beobachten ist. Wenn ich das komprimierte Haarspray in meine Hand sprühe, wird es sehr kalt. Letztlich kommen wir wieder zu unserer Schulzeit zurück. Carl von Linde erkannte die Grundlagen zur Verflüssigung von komprimierten Gasen. Das Kältemittel ist jetzt wieder abgekühlt und entspannt. Der Kreislauf beginnt von neuem. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel erneut Energie aus unserer Umwelt auf.

Zurück zum Kühlschrank. Den Lebensmitteln wird die Wärme entzogen und somit gekühlt. An der Geräterückseite befindet sich unsere „Heizung“. In den schwarzen Röhrchen wird die Wärme an den Raum abgegeben, denn zur Kühlung wird sie nicht gebraucht.

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