Prinzip der Wärmepumpe

Geschichte der Wärmepumpen

Den Grundgedanken, betreffend das Prinzip der Wärmepumpe, wurde bereits im Jahr 1852 von Lord Kelvin in seinem zweiten thermodynamischen Satz ausgesprochen. Um die Funktion einer Wärmepumpe zu begreifen, ist der wichtigste Teil der, in dem er von der Verbreitung der Wärme spricht, da es sich unter allen Umständen um die Richtung vom wärmeren zu kälteren Teil handelt.

Erste Wärmepumpe

Diese wurde im Grunde genommen zufällig vom amerikanischen Erfinder Robert C. Webber am Ende der Vierziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts zusammengestellt. Zum Zeitpunkt, als er Versuche mit tiefem Frost durchführte, berührte er ungewollt die Rohrleitung des Kühlgerätes und verbrannte sich die Handfläche.

Diesem Zufall verdanken wir die Offenbarung der Funktion der Wärmepumpe. Webber schloss in weiterer Folge die Ableitung vom Kühlfach an einen Warmwasserboiler an. Da er noch immer einen Überschuss an Wärme hatte, schloss er das heiße Wasser an den Rohrleitungskreislauf an und mithilfe eines kleinen Ventilators begann er, die warme Luft in das Haus zu blasen. In weiterer Folge versuchte er erfolgreich, Wärme aus der Erde mithilfe von Erdkollektoren zu fördern. Die Ergebnisse verwunderten ihn so, dass er im darauf folgenden Jahr seinen Kohlenkessel verkaufte:)

Prinzip und Funktion der Wärmepumpe

Für völlige Laien

Die Wärmepumpe arbeitet ähnlich wie ein Kühlschrank, der den Lebensmitteln die Wärme entnimmt - kühlt – und am hinteren Teil des Kühlschranks - heizt. Der Unterschied besteht nur darin, dass die Wärmepumpe auf dem umgekehrten Prinzip mit einer viel höheren Leistung arbeitet. Sie entnimmt die Wärme dem Wasser, der Luft oder der Erde und mithilfe von Heizkörpern oder einer Fußbodenheizung schafft sie Wärme.

Für technische Enthusiasten

Das Prinzip der Wärmepumpe ist am besten aus dem folgenden Schema ersichtlich:

Prinzip der Wärmepumpe

Erste Phase - Verdampfen:

Das in der Wärmepumpe zirkulierende Kühlmittel entnimmt Wärme aus der Luft, dem Wasser oder der Erde, wodurch es sich aus dem flüssigen in einen gasförmigen Zustand verwandelt und in weiterer Folge verdampft.

Zweite Phase - Kompression:

Der Kompressor der Wärmepumpe presst das gasförmige um einige Grad erwärmte Kühlmittel schlagartig zusammen und dank dem physikalischen Prinzip der Kompression (bei höherem Druck steigt die Temperatur), multipliziert der Wärmeaufzug den Temperaturanstieg auf ein höheres Temperaturniveau, das sich um die 80 °C bewegt.

Dritte Phase - Kondensation:

Das erwärmte Kühlmittel übergibt mithilfe eines zweiten Tauschers die Wärme an das Wasser in den Heizkörpern, es kühlt in weiterer Folge ab und kondensiert. Die Heizkörper strahlen die gewonnene Wärme in den Raum ab und das abgekühlte Wasser im Heizkreislauf wandert zurück zum zweiten Tauscher um erneut erwärmt zu werden.

Vierte Phase - Expansion:

Das Kühlmittel wandert über ein Expansionsventil zurück zum ersten Tauscher wo es erneut erwärmt wird.

Dieser Kreislauflauf wiederholt sich ununterbrochen.
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