Die Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Zufuhr von technischer Arbeit Wärme von einem niedrigerem zu einem höheren Temperaturniveau pumpt. Bei der Wärmepumpe wird die auf dem hohen Temperaturniveau anfallende Verflüssigungswärme z. B. zum Heizen genutzt.

Bei der direkten elektrischen Beheizung, z. B. mit Heizstäben, entspricht die erzeugte Wärmeenergie genau der eingesetzten elektrischen Energie. Die elektrische Energie ist aber wesentlich hochwertiger als Wärmeenergie, und so kann einer Wärmesenke wie der Luft, dem Boden, einem Gewässer oder dem Grundwasser Wärme durch Einsatz einer Wärmepumpe entzogen werden. Mit einem Watt elektrischer Energie können so etwa 3 bis 5 Watt Wärme bei Temperaturen um 60 °C erzeugt werden.

Technologie

Die Bezeichnung Wärmepumpe beruht darauf, dass Wärme aus der Umgebung auf ein höheres nutzbares Temperaturniveau angehoben wird. Die Wärmepumpe hat einen elektrisch angetriebenen Verdichter, der ein Kältemittel verdichtet. Das Kältemittel entzieht beim Verdampfen der Umgebung Wärme, sogenannte Anergie. Die elektrisch eingesetzte Energie und die Anergie bilden die nutzbare Wärmeenergie.

Einteilung nach Art der Wärme bzw. Kälte-Quelle:

• Außenluft
• Innenluft
• Grundwasser (mit Schluckbrunnen)
• Oberflächenwasser
• Erdwärme
• Erdwärmesonde
  • flächig verlegter Wärmeübertrager mit Soleflüssigkeit befüllt
  • flächig verlegter Wärmeübertrager mit Kältemittel befüllt
  • thermisch aktivierte Fundamente
• Abwärme von industriellen Anlagen

Die elektrisch angetriebene Kompressions-Wärmepumpe stellt den Hauptanwendungsfall von Wärmepumpen dar. Das Kältemittel wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Es wird von einem Verdichter angesaugt, verdichtet und dem Verflüssiger zugeführt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeübertrager in dem die Verflüssigungswärme an ein Fluid – z. B. ein Warmwasserkreis oder die Raumluft – abgegeben wird. Das verflüssigte Kältemittel wird dann zu einer Entspannungseinrichtung geführt (Kapillarrohr oder thermisches Expansionsventil) geleitet. Durch die adiabate (die freigesetzte Wärme wird zur Verdampfung des Kältemittels aufgebraucht) Entspannung wird das Kältemittel abgekühlt. Der Saugdruck wird durch die Regelung des Verdichters in der Wärmepumpe so eingestellt, dass die Sattdampftemperatur des Kältemittels unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. In dem Verdampfer wird somit Wärme von der Umgebung an das Kältemittel übertragen und führt zum Verdampfen des Kältemittels. Als Wärmesenke kann die Umgebungsluft oder ein Solekreis genutzt werden, der die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt. Das verdampfte Kältemittel wird dann von dem Verdichter angesaugt.