Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe arbeitet nach einem ganz einfachen Prinzip, ein wärmeres Medium gibt seine gespeicherte Wärmeenergie an ein kälteres Medium (Kühlflüssigkeit der Wärmepumpe) ab. Ein ähnliches Verfahren wird auch bei Kühlschränken verwendet, während hier eher die Kühlung des Innenraums (also die Temperatursenkung) im Vordergrund steht, werden die Kühlrippen an der Rückseite des Kühlschranks erhitzt, da diese die überschüssige Wärmeenergie an die Umgebung abgeben müssen.
Es wird bei der Erzeugung von Warmwasser über Wärmepumpen zwischen drei Kreisläufen unterschieden, der eigentliche Kollektorkreislauf (Kühlkreislauf) wird durch das energietragende Medium erhitzt, dabei beträgt der Temperaturunterschied zwischen einfließender und ausfließender Kühlflüssigkeit zumeist nur zwischen 4°C bis 10°C. Über eine Umwälzpumpe wird die erhitzte Flüssigkeit zum Wärmetauscher geführt und erhitzt innerhalb des Wärmetauschers den zweiten Kreislauf. Dieser Flüssigkeitskreislauf innerhalb des Wärmetauschers besitzt einen Verdampfer, an den die Energie abgegeben wird. Die Kühlflüssigkeit innerhalb des Verdampfers kann schon bei wenigen Grad Celsius Temperaturdifferenz vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand wechseln. Je nach technischer Umsetzung beträgt die Verdampfungstemperatur zwischen einigen Grad minus bis zu 0 Grad plus.
In älteren Wärmetauschern kann diese Substanz noch einen Großteil an FCKW haltigen Zusatzstoffen enthalten, um die niedrigen Verdampfungstemperaturen zu gewährleisten. Heutzutage ist es durch technische Verfahren möglich, Kältemittel ohne die Zugabe von FCKW haltiger Substanzen auf einer umweltfreundlichen Basis herzustellen.
Das Kältemittel mit einer Temperatur von ca. 0 °C und einem spezifischen Druck von etwa 5 bar gelangt über einen Kanal zum Kompressor. Dieser ist das eigentlich wärmeerzeugende Gerät und benötigt für die Verdichtung des Kältemittels auch den meisten Strom, welcher für den Betrieb einer Wärmepumpe notwendig ist. Durch die Erhöhung des spezifischen Drucks des Kältemittels von 5 bar auf 17 bar steigt ebenfalls die Temperatur von 0 °C auf etwa 36 °C. Diese physikalische Gesetzmäßigkeit resultiert aus der Verdichtung der Materie, bei der durch die Reibung der Teilchen durch die Druckerhöhung Energie in Form von Wärme freigesetzt wird.
Durch die Druckerhöhung kann das Kältemittel wieder in einen flüssigen Aggregatzustand übergehen und sammelt sich im Verflüssiger. An den Verflüssiger grenzt der Heizungskreislauf mit dem eigentlichen Nutzwasser. Dieses Nutzwasser nimmt die Wärmenergie vom Verflüssiger auf und regelt damit die Temperatur des Kältemittels auf 25 °C herunter, dadurch können ca. 9 – 11 °C Temperaturunterschied an den Nutzwasserkreislauf abgegeben werden. Das erkaltete Kühlmittel wird über ein Entspannungsventil von 17 bar auf 5 bar herunter geregelt, dadurch sinkt die Temperatur von 25 °C auf -4°C und der Kreislauf im Wärmetauscher kann erneut beginnen.
Der auf ca. 35 °C erwärmte Nutzwasserkreislauf kann jetzt über eine angeschlossene Heizanlage weiter erwärmt werden um z.B. die Heizungs- oder Duschanlage zu betrieben.
Die spezifische Temperatur des Kältemittels bei der Verdichtung kann je nach Anlagentyp schwanken, wichtig zu wissen ist, dass bei einer Anhebung des Drucks auch gleichzeitig die Temperatur des Kältemediums steigt. Die Effizients einer Wärmepumpe gibt dabei die Jahresarbeitszahl an, die das Verhältnis zwischen Nutzwärme und Stromverbrauch wiederspiegelt, dabei sollte diese Kennzahl nicht kleiner als 4 sein (4 kW/h Nutzwärme aus 1 kW/h Strom).
