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Die Wärmepumpe pumpt die Umweltwärme vom niedrigen Temperaturniveau auf ein nutzbares höheres Temperaturniveau hoch. Das ist ein aktiver Vorgang, der Energie benötigt. Realisiert wird der Vorgang durch einem Kreisprozess mit einem Kältemittel. Erläuterung am Beispiel einer Wasser/Wasser Wärmepumpe: Das Kältemittel wird flüssig mit ca.  0 °C in einen Wärmetauscher eingebracht, der mit Wasser ca. 10 ° C durchflossen wird.  Das Kältemittel wird erwärmt und verdampft. -Verdampfer Ein Kompressor saugt den Kältemitteldampf an und verdichtet ihn (Verdichter).Dabei steigt die Temperatur des Dampfes an bis zu einer Überhitzungstemperatur von > 100 °C. Der erhitzte Dampf gelangt in einen Wärmetauscher, der mit kühlerem Heizungswasser durchflossen wird. Der Dampf kühlt sich ab und kondensiert (Kondensator) bei ca. 40 °C.. Das Heizwasser wird erwärmt. Das flüssige Kältemittel wird über ein Expansionsventil auf den notwendigen Druck entspannt und in den Verdampfer geleitet. Der Kreislauf beginnt von vorn. Die nötige Energiemenge wird bestimmt von der Temperaturdifferenz Verdampfungs- zur Kondensationstemperatur. Mit der Fußbodenheizung, dem Estrichspeicher und der geringen Heizmitteltemperaturdifferenz wird die genannte Temperaturdifferenz auf ein Minimum begrenzt. Die Auslegung der Gesamtanlage verwirklicht so einen starken physikalisch bedingten Selbstregeleffekt. Damit wird eine hohe Temperaturkonstanz in den Räumen gehalten. Die Nutzung der Nachtaufheizung über Nachtstrom wird damit ermöglicht. Der leichte Temperaturanstieg morgens wird angenehm registriert. Der Temperaturabfall über den Tag wird von den physikalischbedigten  längeren Laufzeiten ausgeglichen. Nur Thermostate (Tag/Nacht) reichen zur Regelung aus. Wärmeströme verschiedener Heizsystem in Prozentanteilen     Im Bild sind die Wärmeströme verschiedener Hausheizsysteme auf gezeigt. Das Bild ist ein Auszug (Scan) aus der Diplomarbeit TU Hannover. Sie stellen auch ein Maß für den Energiebedarf dar. Oben in den Diagrammen kommen 100% Nutzwärme an. Unten fließt die benötigte Energie ein. Diese benötigte Energie entspricht heute der Primärenergie. Die Diagramme sind nach den damals (vor über 30 Jahren)  zugänglichen Wirkungsgraden erstellt worden. Heute gibt es genormte Umrechnungsfaktoren, die das Ergebnis etwas korrigieren könnten. 1. Brennstoffheizung mit Öl     100 % Nutzwärme benötigen 178 % Primärenergie 2. Bivalente Wärmepumpe elektrisch Luft/Wasser     100 % Nutzwärme benötigen 128 % Primärenergie 3. Monovalent Wärmepumpe elektrisch Wasser/Wasser     100 % Nutzwärme benötigen 76 % Primärenergie 4. Monovalente Wärmepumpe Dieselantrieb Luft/Wasser     100 % Nutzwärme benötigen 74 % Primärenergie     Motorkühlung wird mit genutzt Die Einspeisung in 2-4 von der linken Seite ist die genutzte Umweltwärme aus Luft bzw. Wasser. Die Auslegung einer Wärmepumpe ist von entscheidener Bedeutung. Sie bestimmt die Laufzeiten der Wärmepumpe. 1. Jahreslaufzeit     je kleiner die WP desto länger die Laufzeit     bessere Ausnutzung des Invests 2. zusammenhängende Laufzeiten (Taktung)     eine Laufzeit von 10-20 min sollte nicht unterschritten     werden. Die hier gezeigte Wärmepumpe ist auf den damals  berechneten Wärmebedarf auf 70 % ausgelegt worden. Die Jahreslaufzeit wurde auf 2.000 Stunden vorgegeben. Die Stunden sind aufgezeichnet und ergaben (1980) 2.372 Stunden. Die Verdampfungstemperatur war mit -2° C vorgegeben und exakt eingehalten. 1978/79 hat die Wärmepumpe ohne Zusatzheizung gearbeitet. Sie lief damals wochenlang 24 Stunden am Tag. Die Heizkosten lagen mit den damals üblichen Energiekosten im Vergleich zu einer Ölheizung mit den damals üblichen Wirkungsgraden bei 29 %. Eine vergleichbare Ölheizung hätte fast das 3,5 fache an Heizkosten verbraucht Enorme Mengen Primärenergie ist eingespart und CO2 Ausstoß vermieden worden. . Die Wärmepumpe muß so klein wie möglich ausgelegt werden. Eine bivalente Arbeitsweise ist empfehlendswert. Das Diagramm zeigt die Auswirckungen. Die schraffierte Fläche ist ein Maß für die Jahresarbeit der Wärmepumpe. a. Wasser/Wasser Wärmepumpe     Bei 70 % Auslegung (Anteil an der Heizlast)     liefert sie 98,5 % der Jahresheizwärme b. Luft/Wasser Wärmepumpe     Bei 50 % Auslegung liefert sie 84 % Heizwärme Die W/W-WP braucht nur eine kleine Zusatzheizung z. B. Elektroheizstäbe. Sie sind i. R. nur für Notfälle vorhanden. Die L/W-WP benötigt ein Heizsystem mit der Heizlastleistung für die Restwärme.von 16 %. Diese Wärmepumpe eignet sich sehr gut als Zusatz für ein funktionierendes Heizsystem. (Heiztage)/(Gesamtheiztage) 1                                          1          Die Bilder und Diagramme sind Auszüge aus meiner über                     30 Jahre alten Planungsarbeit (TU Hannover)                                   Das  Schaltbild der Wärmepumpe zeigt, das zu den vorher genannten Punkten, noch eine Reihe anderer Dinge beachtet werden müssen, die für den reibungslosen Betrieb einer Wärmepumpe erforderlich sind. Die Bilder zeigen die real ausgeführte Wärmepumpe, alles von den Einzelheiten ist nicht sichtbar. Oben quer liegt der Verdampfer. Davor ist die Heizungsumwälzpumpe zu sehen. Die UP ist hoch effizient, sie läuft nur, wenn die Wärmepumpe arbeitet, eine optimale Anpassung. Unten quer liegt der Kondensator. Sichtbar sind die angeschlossenen heizungsrohre. Ein elektrischer Einschraubheizkörper ist min linken Bild vor den Verdampfer zu sehen. Links hinter dem Kondensator ist der Kompressor montiert. Unten am Rahmen sind die Bauteile der Sicherheitskette sichtbar. Oben am Rahmen steuern 2 Thermostaten die Arbeit der Wärmepumpe. Ein Tag - und ein Nachtthermostat. Damit ist es möglich mit dem Estrichspeicher überwiegent den priswerteren Nachtstrom zu nutzen. Seit 1998 wird die Wärmepumpe auch zur Warmwasserbereitung herrangezogen. Ein Speicher ist im Nachbarkeller installiert, Der Betonsockel mit der Styroporplatte dient der Schallbegrenzung. Die Wärmepumpe ist heute nach über 30 Jahren komplett lauffähig. Ein Belag auf den Rohrbündeln im Verdampfer behindert den Wärmeübergang. Die Wärmepumpe schaltet nach 1-2 min Laufzeit ab Schaltbild der Wärmepumpe  Wärmepumpe vor ihren 30 Betriebsjahren
aktualisiert: 10.02.2010