Funktionsweise

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe lässt sich am besten anhand folgender Frage verdeutlichen: Benötigt man mehr Energie, um einen Liter Wasser um 100 °C zu erwärmen oder einen Liter Wasser zum Kochen zu bringen und in Wasserdampf zu verwandeln?  Die Antwort: Man braucht rund 6 Mal mehr Energie, damit Wasser zu Wasserdampf wird, als es um 100 °C zu erwärmen. Bei der Umkehrung des Prozesses, wenn also der Dampf zu Wasser kondensiert, wird genau die gleiche Energiemenge wieder frei. Dieses physikalische Prinzip macht sich die Wärmepumpe zunutze. Dabei verwendet man jedoch nicht Wasser, sondern ein Fluid.

Durch den Vorgang der Wärmeabgabe wird das zuvor gasförmige Fluid flüssig. Nun wird das flüssige Medium im Drosselorgan in den Verdampfer (die Wärmequelle der Wärmepumpe) eingespritzt, dieses kann man sich wie ein feines Zerstäuben vorstellen. Die einzelnen Flüssigkeitstropfen verdampfen, wechseln somit Ihren Aggregatzustand von flüssig nach gasförmig, und nehmen dabei kostenlose Wärme aus der Umwelt auf auf. Am Ende der Wärmequelle (Verdampfer) sind alle Flüssigkeitströpfchen gasförmig und mit Wärme aus der Umwelt beladen. Das gasförmige Fluid wird wieder vom Verdichter angesaugt. Der Kreislaufprozess beginnt wieder von vorne.

Je geringer die Differenz zwischen der Temperatur der Quelle, also Luft oder Geothermie, und dem benötigten Wärmeverbrauch ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Dieses wichtige Prinzip lässt sich an folgendem Beispiel verdeutlichen: Bei einer Quellentemperatur von 0° C sowie eine Vorlauftemperatur von 35° C, mit der das Kältemittel in den Heizkreis eingespeist wird, benötigt eine MTT Wärmepumpe nur 2,5 Kilowatt (KW) Strom, um eine Heizleistung von 10 KW zu erzeugen. Dreiviertel der Energie werden also kostenlos von der Umwelt zur Verfügung gestellt. Bei einer Quellentemperatur von 10° C, wie zum Beispiel beim Grundwasser, benötigt eine MTT Wärmepumpe sogar nur 2,1 KW Strom, um 10 KW Wärme zu erzeugen. In diesem Fall liegt der Anteil an kostenfreier Energie aus der Umwelt bei rund 80 Prozent.

Der oben beschriebene thermodynamische Prozess heißt Carnot-Kreisprozess und wurde von dem französischen Ingenieur und Physiker Nicolas Léonard Sadi Carnot entwickelt.