Wärmetauscher in der Wärmepumpe: Wie funktioniert das?
Oft wird die Funktion von Wärmepumpen mit der von Kühlschränken verglichen. Doch wie genau funktioniert das Zusammenspiel von Wärmetauscher und Wärmepumpe im Detail?
Inhalt des Blogartikels
Ohne Wärmetauscher würde die Wärmepumpe nicht funktionieren
Wärmetauscher sind wichtige Bestandteile von Heizungen und Kühlsystemen. Auch in der Wärmepumpe spielt dieses physikalische Prinzip eine wichtige Rolle. Tatsächlich wäre eine Wärmepumpe ohne Wärmetauscher undenkbar. Aber wie genau funktioniert das?
Den komplexen Aufbau und die generellen Funktionen einer Wärmepumpe haben wir schon an anderer Stelle genauer erklärt. Erwähnt wird dabei stets, dass kostenlos zur Verfügung stehende Energie aus einer Wärmequelle (Luft, Wasser oder Erdreich) zur Unterstützung der Heizung oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann.
Besonders sinnvoll sind Wärmepumpen auch deshalb, weil rund 75 Prozent der benötigen Heizenergie aus kostenlosen Wärmequellen stammt. Der restliche Energieanteil von 25 Prozent entfällt auf den von der Pumpe für den Eigenbetrieb benötigten Strom, der auch aus regenerativen Quellen (zum Beispiel Photovoltaik) stammen kann.
So gut wie jede Heizung besitzt mindestens einen Wärmetauscher
Falls du dich noch nie mit dem Thema befasst hast, wird es dich vielleicht überraschen, dass deine bisherige Heizung ebenfalls über Wärmetauscher verfügt. Betreibst du eine Klimaanlage, ist er auch dort vorhanden.
Das Prinzip kennst du möglicherweise aus dem Auto am besten – die Beheizung und Kühlung funktionieren hierbei Hand in Hand. Sie entstehen über Wärmetauscher im Fahrzeug beziehungsweise an der Klimaanlage, die die bei der Arbeit des Verbrennungsmotors entstehende Abwärme sinnvoll nutzen beziehungsweise überschüssige Wärme nach außen abführen.
So ähnlich ist das auch bei der Heizung, die das Warmwasser für deine Dusche und den gesamten Heizungskreislauf über Wärmetauscher auf Temperatur bringt.
Die gängigsten Arten von Wärmetauschern bei Heizungen
- Gasheizung: Die Gasflamme erhitzt das Wasser, das durch einen Wärmetauscher geführt wird, der das eigentliche Heizungswasser erwärmt.
- Gas-Brennwertheizung: Das bei der Verbrennung entstehende Kondenswasser wird in einem separaten Behälter gespeichert, der als Wärmetauscher für den Heizungsrücklauf fungiert und somit das Wasser vorheizen kann.
- Pelletheizung beziehungsweise Kamin: Hier fungiert der Wärmetauscher zur Unterstützung der Warmwasserbereitung.
- Solarthermie: Hier erfolgt die Abgabe der von der Sonne zugeführten Energie über Wärmetauscher zum Heizungskreislauf beziehungsweise Pufferspeicher.
- Anlagen zur Wohnraumbelüftung: Sie entziehen der Abluft Wärme und führen sie der frischen Zuluft zu, was den Heizbedarf senkt. Diese Wärmetauscher findest du meist in Energiesparhäusern.
- Wärmepumpen: Hier kommen sogar 2 Wärmetauscher zum Einsatz, wie wir dir im nächsten Kapitel erläutern.
Fast alle Wärmetauscher funktionieren über den Energieaustausch mit einer Flüssigkeit (wie dem Heizungswasser) oder einem speziellen Kühlmittel, das durch Druckunterschiede verflüssigt oder in den gasförmigen Zustand überführt wird.
Je nach Bedarf wird dem Kältemittel dann Wärme entzogen oder zugeführt. Genau das ist damit gemeint, wenn die Wärmepumpe mit dem Kühlschrank verglichen wird. Denn dieser macht nichts anderes, als dem Innenraum des Kühlbereichs Wärme zu entziehen und sie der Außenluft zuzuführen (deswegen wird ein Kühlschrank an der Rückseite auch warm).
Anlagen für Solarthermie, die zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung eingesetzt werden, verfügen ebenso über Wärmetauscher wie Pufferspeicher von Heizungen. Bei der Wärmepumpe kommen übrigens gleich 2 Wärmetauscher zum Einsatz.
2 Wärmetauscher für die Wärmepumpe
Nahezu alle Wärmepumpen auf dem Markt verfügen über 2 Wärmetauscher. Der erste entzieht der Wärmequelle (also der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich) die kostenlos zur Verfügung stehende Energie. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen wird zur Unterstützung beispielsweise ein starker Ventilator eingesetzt, um möglichst viel Luft anzusaugen, der man die Wärme entziehen kann.
Egal woher die Wärme nun stammt: Die Energie wird immer an einem Wärmetauscher vorbeigeführt. Er entzieht der Luft beziehungsweise dem Wasser die Wärme und leitet sie an das Kältemittel weiter, das in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb der Wärmepumpe zirkuliert.
Im Verdampfer geht das Kältemittel schon bei relativ niedrigen Temperaturen in den gasförmigen Zustand über und wird zum Verdichter geführt, der das Gas dann zum zweiten Wärmetauscher weiterleitet. Dort befindet sich ein sogenannter Verflüssiger, der dem Kältemittel die Wärmeenergie wieder entzieht und sie dem Heizungskreislauf zuführt. Am Ende des Prozesses wird das nun wieder verflüssigte Kältemittel zum Expansionsventil geleitet, von wo aus die Reise dann wieder zum Verdampfer geht.
Tipp: Wusstest du, dass die Effektivität von Wärmepumpen umso größer ist, je geringer der sogenannte Temperaturhub (also der Unterschied zwischen Außen- und Systemtemperatur) ausfällt? Deswegen eignen sich Flächenheizungen mit geringen Vorlauftemperaturen (zum Beispiel Fußbodenheizung oder Wandheizung) am besten für die Kombination mit einer Wärmepumpe.
Varianten von Wärmetauschern bei Wärmepumpen
Obwohl das Prinzip fast immer gleich ist, gibt es je nach Wärmepumpen-Art verschiedene Einsatzgebiete für Wärmetauscher:
- In indirekt beheizten Pufferspeichern für Trinkwasser übertragen Rohrwärmetauscher die Energie vom Heizungswasser.
- Bei der bereits erwähnten Wohnraumbelüftung sorgt der Wärmetauscher für die Wärmeübertragung von Abluft zu Frischluft.
- Im Erdreich entziehen Rohrbündel-Wärmetauscher Erdwärme und fördern sie zur Wärmepumpe.
- im klassischen Kältemittelkreislauf (wie oben beschrieben)
Sind Wärmetauscher bei Wärmepumpen wartungsfrei?
Wärmetauscher von Heizungen solltest du regelmäßig im Rahmen der programmierten Wartungsintervalle auf Verschleiß oder Verschmutzungen prüfen lassen, da Staub oder Korrosion die Effizienz senken können. Doch auch die im Inneren der Wärmepumpe verbauten Wärmetauscher können irgendwann Defekte aufweisen. Das macht sich meist mit einer nachlassenden Leistung der Anlage oder einem höheren Stromverbrauch bemerkbar.
Wie viel der Austausch eines defekten Wärmetauschers kostet, hängt stark vom jeweiligen Hersteller beziehungsweise Modell der Wärmepumpe ab, zumal auch unterschiedliche Materialien (zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Edelstahl) für Wärmetauscher zum Einsatz kommen. Die Kosten können also durchaus zwischen 200 und 800 Euro (zuzüglich Montagekosten) betragen.
Fazit: Ohne Wärmetauscher keine Wärmepumpe
Ohne Wärmetauscher wäre das Funktionsprinzip der Wärmepumpe nicht denkbar. Überhaupt sind Heizungssysteme vom effektiven Energieaustausch in die gewünschte Richtung abhängig, um Gebäude zu heizen oder auch zu kühlen.
Wärmetauscher in Wärmepumpen sind meist sehr langlebig, können im Fall von Defekten allerdings zu hohen Reparaturkosten führen. Achte daher auf möglichst lange Garantiezeiten und die Einhaltung regelmäßiger Wartungsintervalle durch den Fachbetrieb.
