Techniklexikon

Wärmepumpe

Maschine, in der ein sog. Kältemittel zum »Wärmetransport« im Kreis geführt wird, und zwar entgegen der Richtung in einem Kühlschrank. In beiden Fällen nutzt man die Tatsache, daß Flüssigkeiten beim Übergang vom flüssigen in den dampfförmigen (Aggregatzustand) Zustand (Verdampfungs-) Wärme aufnehmen und bei ihrer Verflüssigung wieder abgeben. Beim Kühlschrank liegt der »Verdampfer« im Kühlraum, I der »Verflüssiger« (Kondensator) außerhalb. Bei der W. , die Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder aus Gewässern in einen Raum »pumpen« soll, ist das ähnlich. Der Verdampfer, in dem das Kälte- oder Transportmittel bereits bei Minusgraden verdampft, liegt dort, wo Wärme entzogen wird. Ein Verdichter saugt den Dampf an, komprimiert ihn bei etwa 60 °C und transportiert ihn in den Verflüssiger, wo die Verdampfungswärme frei wird und letztlich (über Heizwasser z. B. ) an den zu erwärmenden Raum abgegeben wird. Den Kreis schließt ein Expansionsteil, in dem das noch unter Druck stehende Kältemittel entspannt wird, um anschließend im Verdampfer erneut zu sieden. Wie der Kühlschrank, so benötigt auch die W. einen Antrieb, z. B. einen Elektromotor. Das Verhältnis von gewonnener zu aufgewendeter Energie, das bei W. in der Regel über 2 liegt, bezeichnet man als »Leistungszahl«. Thermodynamik und statistische Physik, linkslaufender (»umgekehrter«) Kreisprozess, bei dem durch zugeführte Arbeit eine Temperaturdifferenz geschaffen wird und so Wärme von einem Wärmespeicher tiefer Temperatur in einen mit höherer Temperatur gepumpt wird (siehe Abb. 1). Man kann auf diese Weise mit sehr viel geringerer Energie als bei normaler Wärmeerzeugung die Heizung von Räumen oder die Erhitzung bei technischen Prozessen erreichen. Als Wärmequellen bieten sich Abwärme (besonders bei industrieller Verwendung), Flusswasser (hier muss die schnell eintretende Störung eines klimatischen Gleichgewichts wegen des vergleichsweise kleinen Reservoirs berücksichtigt werden), Meerwasser, Grundwasser, Abwasser, die Aussenluft (hier sind grosse Wärmeaustauscher nötig), der Erdboden (Boden, schlechte Wärmeleitfähigkeit) an. Wärmepumpen haben sich inzwischen als Alternativen für die Beheizung von Wohnraum (siehe Abb. 2) und zur Warmwasserbereitung durchgesetzt; besonders vorteilhaft sind sie dort, wo abwechselnd Wärme und Kälte gebraucht wird. (Energietechnik)

Wärmepumpe 1: Aufbau einer Wärmepumpenanlage (PP: Propellerpumpe, UP: Umwälzpumpe, H: Heizkörper, Vf: Verflüssiger, AK: Ammoniakkreislauf, K: Kompressor, V: Verdampfer).

Wärmepumpe 2: Temperaturverlauf bei Nutzung einer Wärmepumpe in den Phasen 1-4; 1: erster Wärmetauscher im Freien bei Aussentemperatur a, 2 Kompressor (Verdichtung) erzeugt Temperatur b des Wärmeträgers, 3 zweiter Wärmetauscher im Wohnraum bei Wohnraumtemperatur i, 4: Drosselventil (Entspannung).