Wie funktioniert eine Erdwärmepumpe?

Wärmepumpen werden als die neue Art zu Heizen beworben. Dabei ist die Technologie nichts Neues. Bereits im Jahr 1852 wies der britische Physikprofessor Lord Kelvin das Prinzip der Wärmepumpe nach. Ihren Durchbruch hatte die Wärmepumpe aber erst in den 2000er Jahren. Seither wächst der Markt für Wärmepumpen stetig.

Wärmepumpen benötigen zum Heizen weniger zugekaufte Primärenergie als Öl- und Gasheizungen. Mit Hilfe eines Verdichters hebt die Wärmepumpe die relativ niedrige Temperatur der Wärmequelle auf das benötigte Temperaturniveau. Als Wärmequellen für Wärmepumpen stehen Erdwärme, Umgebungsluft und Grundwasser, aber auch Abwasser und Abwärme aus der Industrie zur Verfügung.

Ja nach Wärmequelle haben die Wärmepumpen unterschiedliche Bezeichnungen:

• Sole/Wasser-Wärmepumpe, auch als Erdwärmepumpen bezeichnet, werden zusammen mit Sonden und Erdkollektoren (Grabenkollektoren, Energiekörbe oder Boden-Klima-Tauscher®) genutzt

• Wasser/Wasser-Wärmepumpen kommen bei Brunnenanlagen mit Förder- und Schluckbrunnen zum Einsatz

• Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle

• Luft/Luft-Wärmepumpen werden meist in Industriegebäuden zum Heizen und Kühlen genutzt. Hier wird die Wärme nicht an Wasser, sondern an Lüftungsanlagen übergeben

Die Funktionsweise ist bei all diesen Wärmepumpentypen immer gleich:

Die Wärme aus der Umwelt (Erdwärme, Luft, Grundwasser) wird zur Wärmepumpe geleitet. Im Fall von Erdwärmepumpen geschieht das über Sonden oder Erdkollektoren. Durch diese fließt ein Medium, das die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt und an das Kältemittel in der Wärmepumpe übergibt. Das Kältemittel in der Wärmepumpe hat einen so niedrigen Siedepunkt, dass die Temperaturen aus der Erde reichen, um es im Verdampfer zu verdampfen. Ein elektrischer Kompressor (Verdichter) bringt das Kältemittel auf den nötigen Betriebsdruck. Durch die Druckerhöhung steigt die Temperatur stark an. Die so erzeugte Wärme wird zum Heizen oder zur Wassererwärmung genutzt. Wer schon einmal die Öffnung einer Fahrrad-Luftpumpe beim Betätigen mit einem Finger zugehalten hat, kennt das Prinzip - Beim Pumpen wird der Finger warm.

Das erkaltete Heizungswasser wird zurück zur Wärmepumpe geführt und verflüssigt dort das Kältemittel im Kondensator bzw. Verflüssiger. Ein Expansionsventil sorgt für Entspannung und Abkühlung des Mediums. Dem abgekühlten Kältemittel kann so wieder Wärme aus dem Erdreich zugefügt werden und der Kreislauf beginnt von neuem.

Ziel ist es, möglichst wenig Strom (Exergie) zum Antrieb der Wärmepumpe zu benötigen. Dazu muss die Temperatur der Wärmequelle möglichst hoch und die in der Heizungsverteilung möglichst gering sein. Um niedrige Temperaturen in der Heizungsverteilung realisieren zu können, sind Fußbodenheizungen (Vorlauftemperatur von ca. 35 °C) herkömmlichen Heizkörpern (Vorlauftemperaturen von ca. 50 °C) vorzuziehen.