Heizen mit Luft: Wie funktionieren Wärmepumpen?

Wärmepumpen nutzen Umweltwärme aus Luft, Wasser oder Erde und sind klimafreundlich. Aber wie funktionieren sie überhaupt? Warum braucht es Kältemittel und was sind die Tricks?

Eine Wärmepumpe macht sich Wärme aus der Umwelt zunutze und nutzt das Prinzip der Verdunstungskälte, um zu heizen. Wer schwitzt und ein nasses Tuch auf die Haut legt, kennt den Effekt: Wenn das kalte Wasser verdunstet, also gasförmig wird, wird es kühler auf der Haut. Das physikalische Prinzip: Beim Übergang von Wasser zu Dampf benötigen die Wassermoleküle viel Energie. Die entziehen sie der Umgebung – in diesem Fall der Haut. Darum wird es kühler auf der Haut. Umgekehrt wird die Wärmeenergie wieder freigesetzt beim Übergang von Dampf zu Flüssigkeit.

Wärmepumpen, Kühlschränke und Klimaanlagen nutzen diese Übergänge. In einem geschlossenen Rohrsystem zirkuliert dabei ein spezielles Kältemittel. Solche Kältemittel verdampfen schon bei sehr niedrigen Temperaturen, teils bei unter minus 50 Grad Celsius.

Durch die Umgebungswärme etwa aus dem Erdreich oder aus der Luft wird das Kältemittel erwärmt und verdampft innerhalb des Kreislaufs. Das gasförmige Kältemittel wird dann in einem Kompressor zusammengepresst und unter Druck verdichtet. Dadurch erhöht sich die Temperatur im Kältemittel weiter. Anschließend wird das Kältemittel wieder verflüssigt, dabei wird Wärme in die Umgebung abgeben - diese Wärme wird in der Gebäudeheizung genutzt.

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, sie alle funktionieren nach demselben Prinzip und entziehen entweder dem Wasser, der Erdreich oder der Luft Wärmeenergie.

Für Wasser-Wärmepumpen kann zum Beispiel Grundwasser oder das Wasser in Flüssen oder Seen verwendet werden. Luft-Wärmepumpen laufen mit normaler Außenluft oder können heiße Abluft aus der Industrie oder Rechenzentren nutzen.