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Wärmepumpen liegen derzeit voll im Trend, vor allem in Europa. Einige Länder arbeiten daran, die Installation fossiler Öfen und Heizkessel zugunsten umweltfreundlicherer Alternativen wie energieeffizienter Wärmepumpen zu verbieten. (Öfen erwärmen Luft und verteilen sie über Rohre im ganzen Haus, während Heizkessel Wasser erhitzen, um Warmwasser oder Dampfheizung bereitzustellen.) Seit diesem Jahr bietet die US-Regierung Steueranreize für die Installation von Wärmepumpen an. Diese sind zwar in der Anschaffung teurer als herkömmliche Öfen, auf lange Sicht aber deutlich effizienter.
Auch im Bereich der Fahrzeuge mit alternativer Energie ist die Batteriekapazität begrenzt, weshalb die Branche zunehmend auf Wärmepumpen setzt. Vielleicht ist es also an der Zeit, schnell zu lernen, was Wärmepumpen bedeuten und was sie tun.
Welcher Wärmepumpentyp ist am häufigsten?
Angesichts der jüngsten Aufregung werden Sie überrascht sein, dass Sie bereits einWärmepumpe- Sie haben wahrscheinlich mehr als eine zu Hause und mehr als eine in Ihrem Auto. Sie nennen sie nur nicht Wärmepumpen: Sie verwenden die Begriffe „Kühlschrank“ oder „Klimaanlage“.
Tatsächlich handelt es sich bei diesen Maschinen um Wärmepumpen, das heißt, sie transportieren Wärme von einem relativ kalten zu einem relativ warmen Ort. Wärme fließt spontan von heiß nach kalt. Um sie jedoch von kalt nach heiß zu wandeln, muss sie „gepumpt“ werden. Die beste Analogie hierzu ist Wasser, das von selbst einen Hügel hinunterfließt, aber den Hügel hinaufgepumpt werden muss.
Wenn Sie die in einem Kältespeicher (Luft, Wasser usw.) enthaltene Wärme in den Wärmespeicher pumpen, wird der Kältespeicher kälter und der Wärmespeicher wärmer. Genau darum geht es bei Ihrem Kühlschrank oder Ihrer Klimaanlage: Sie transportieren Wärme von dort, wo sie nicht benötigt wird, an einen anderen Ort, und es macht Ihnen nichts aus, wenn dabei etwas zusätzliche Wärme verloren geht.
Wie baut man einen praktischen Kühler mit einer Wärmepumpe?
Die entscheidende Erkenntnis, die daraus entstandWärmepumpen Die Erfindung entstand im frühen 19. Jahrhundert, als mehrere Erfinder, darunter Jacob Perkins, erkannten, dass sie auf diese Weise etwas kühlen konnten, ohne die flüchtigen Flüssigkeiten zu verschwenden, die beim Kühlen verdampften. Anstatt diese Dämpfe in die Atmosphäre freizusetzen, so argumentierten sie, wäre es besser, sie aufzufangen, zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und diese Flüssigkeit als Kühlmittel wiederzuverwenden.
Dafür gibt es Kühlschränke und Klimaanlagen. Sie verdampfen flüssiges Kühlmittel und nutzen den kalten Dampf, um Wärme aus dem Inneren eines Kühlschranks oder Autos aufzunehmen. Anschließend komprimieren sie das Gas, das dann wieder zu Flüssigkeit kondensiert. Diese Flüssigkeit ist nun heißer als zu Beginn, sodass ein Teil der gespeicherten Wärme (möglicherweise mithilfe eines Ventilators) leicht an die Umgebung abgegeben werden kann – ob im Freien oder in der Küche.
Das heißt: Sie kennen sich mit Wärmepumpen bestens aus. Sie bezeichnen sie nur immer wieder als Klimaanlagen und Kühlschränke.
Lassen Sie uns nun ein weiteres Gedankenexperiment durchführen. Wenn Sie eine Fensterklimaanlage haben, können Sie dies sogar als echtes Experiment durchführen. Installieren Sie die Klimaanlage verkehrt herum. Das heißt, installieren Sie die Steuerung außerhalb des Fensters. Tun Sie dies bei kühlem, trockenem Wetter. Was wird passieren?
Wie zu erwarten, bläst es kalte Luft in Ihren Garten und gibt Wärme in Ihr Haus ab. Es transportiert also weiterhin Wärme und sorgt durch die Erwärmung für mehr Komfort in Ihrem Zuhause. Natürlich kühlt es die Luft draußen, aber dieser Effekt wird minimal, sobald Sie nicht mehr in der Nähe von Fenstern sind.
Sie haben jetzt eine Wärmepumpe, um Ihr Haus zu heizen. Es ist vielleicht nicht die besteWärmepumpe, aber es funktioniert. Und wenn der Sommer kommt, können Sie es auch umdrehen und als Klimaanlage verwenden.
Natürlich sollten Sie das nicht tun. Wenn Sie es versuchen, wird es zweifellos beim ersten Regen versagen, wenn Wasser in den Regler eindringt. Stattdessen können Sie sich eine handelsübliche Luftwärmepumpe kaufen, die nach dem gleichen Prinzip Ihr Haus heizt.
Das Problem ist natürlich, dass Wodka teuer ist und Ihnen schnell der Vorrat zum Kühlen des Weins ausgeht. Selbst wenn Sie Wodka durch einen günstigeren Reinigungsalkohol ersetzen, werden Sie sich bald über die Kosten beschweren.
Einige dieser Geräte verfügen über sogenannte Umkehrventile, die es demselben Gerät ermöglichen, eine Doppelfunktion zu erfüllen: Sie können Wärme von außen nach innen oder von innen nach außen pumpen und so sowohl Wärme als auch Klimatisierung bereitstellen, wie unten beschrieben.
Warum sind Wärmepumpen effizienter als Elektroheizungen?
Wärmepumpen sind effizienter als Elektroheizungen, da sie keinen Strom zur Wärmeerzeugung benötigen. Der Stromverbrauch einerWärmepumpeErzeugt zwar etwas Wärme, aber was noch wichtiger ist: Er pumpt Wärme von außen in Ihr Haus. Das Verhältnis der ins Haus abgegebenen Wärme zur an den elektrischen Kompressor gesendeten Energie wird als Leistungskoeffizient (COP) bezeichnet.
Ein einfacher elektrischer Raumheizer, der die gesamte vom elektrischen Heizelement erzeugte Wärme bereitstellt, hat einen COP von 1. Der COP einer Wärmepumpe kann dagegen um eine Größenordnung höher sein.
Der COP einer Wärmepumpe ist jedoch kein fester Wert. Er ist umgekehrt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Speicherbehältern, in die die Wärme gepumpt wird. Pumpen Sie Wärme aus einem nicht zu kalten Speicherbehälter in ein nicht zu warmes Gebäude, ist der COP-Wert hoch, was bedeutet, dass Ihre Wärmepumpe sehr effizient mit Strom umgeht. Pumpen Sie jedoch Wärme aus einem extrem kalten Speicherbehälter in ein bereits warmes Gebäude, sinkt der COP-Wert, was zu Effizienzeinbußen führt.
Das Ergebnis ist, was man intuitiv erwartet: Als Wärmespeicher im Freien nutzt man am besten das Wärmste, was man finden kann.
Luftwärmepumpen, die die Außenluft als Wärmespeicher nutzen, sind in dieser Hinsicht die schlechteste Option, da die Außenluft während der Heizperiode im Winter sehr kalt ist. Noch besser sind Erdwärmepumpen (auch Erdwärmepumpen genannt), da der Boden in mittleren Tiefen selbst im Winter noch recht warm ist.
Welche Wärmequelle eignet sich am besten für Wärmepumpen?
Das Problem mit ErdwärmeWärmepumpenDer Vorteil besteht darin, dass Sie Zugang zu diesem unterirdischen Wärmespeicher benötigen. Wenn Sie rund um Ihr Haus genügend Platz haben, können Sie Gräben ausheben und Rohre in angemessener Tiefe, beispielsweise einige Meter, vergraben. Durch diese Rohre können Sie dann eine Flüssigkeit (meist eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel) leiten, um Wärme aus dem Boden zu absorbieren. Alternativ können Sie tiefe Löcher in den Boden bohren und Rohre vertikal darin verlegen. Das ist allerdings teuer.
Eine weitere Strategie, die einigen wenigen Glücklichen zur Verfügung steht, besteht darin, Wärme aus einem nahegelegenen Gewässer zu gewinnen, indem ein Rohr bis zu einer bestimmten Tiefe in das Wasser getaucht wird. Diese sogenannten Wasser-Wärmepumpen. Einige Wärmepumpen nutzen die ungewöhnlichere Strategie, Wärme aus der aus dem Gebäude austretenden Luft oder aus solarer Warmwasserbereitung zu gewinnen.
In sehr kalten Klimazonen ist es sinnvoll, wenn möglich eine Erdwärmepumpe zu installieren. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum in Schweden (das Land hat eine der höchsten Pro-Kopf-Zahlen an Wärmepumpen) die meisten Wärmepumpen dieses Typs sind. Aber selbst Schweden hat einen hohen Anteil an Luftwärmepumpen, was die (zumindest in den USA) weit verbreitete Behauptung widerlegt, Wärmepumpen seien nur zum Heizen von Häusern in milden Klimazonen geeignet.
Wenn Sie sich also die höheren Anschaffungskosten leisten können, sollten Sie das nächste Mal, wenn Sie vor der Entscheidung stehen, wie Sie Ihr Zuhause heizen, die Verwendung einer Wärmepumpe anstelle eines herkömmlichen Ofens oder Heizkessels in Betracht ziehen.
Veröffentlichungszeit: 19. Oktober 2023