So funktioniert die Technik, die Wärme aus der Umgebung holt

Wärmepumpen gelten vielen noch immer als komplizierte Hochtechnologie. Dabei ist ihr Funktionsprinzip erstaunlich einfach – und seit rund 200 Jahren (!) bekannt. Neu ist weniger die Idee als vielmehr der Rahmen: steigende Energiepreise, Kilmaschutz und gesetzliche Vorgaben machen die Technik heute besonders attraktiv

Auch die Stadtwerke Erfurt setzen künftig auf die Technik im ganz großen Stil.
Was passiert in einer Wärmepumpe? Die Grundidee: Nutzbare Wärme gibt es (fast) überall. Auch kalte Luft, das Erdreich oder ein See enthalten Wärmeenergie. Eine Wärmepumpe nutzt genau diese Energie. Sie entzieht der Umgebung Wärme und hebt sie mithilfe von Strom auf ein höheres Temperaturniveau – so hoch, dass Häuser beheizt und Warmwasser erzeugt werden können.

Ob die Wärmequelle Luft, Erde oder Wasser ist, spielt für das Prinzip keine Rolle. Entscheidend ist allein: Die Umgebung ist wärmer als das Medium in der Wärmepumpe. Denn der zweite Hauptsatz der Thermodynamik gilt immer: Wärme fließt vom Warmen zum Kalten.
Und so funktioniert‘s: Im Inneren der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf. Dieses Kältemittel ist so gewählt, dass es schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. In größeren Anlagen kommt häufig Ammoniak zum Einsatz, in Einfamilienhäusern meist andere, speziell zugelassene Stoffe. Der erste Schritt: Wärme aufnehmen. Im Verdampfer ist das Kältemittel kalt und steht unter niedrigem Druck.
Es strömt an der Wärmequelle vorbei – zum Beispiel Seewasser mit 10 bis 15 Grad. Da das Kältemittel kälter ist als das Wasser, nimmt es Wärme auf und verdampft. Das Wasser kühlt dabei leicht ab, das Kältemittel wird gasförmig. Nun kommt der einzige Teil der Wärmepumpe ins Spiel, der Strom benötigt: der Verdichter. Er komprimiert das gasförmige Kältemittel. Dadurch steigt der Druck und auch die Temperatur – ein Effekt, den man von der Fahrradpumpe kennt, die beim Aufpumpen warm wird. Aus zuvor 20 Grad werden plötzlich 70, 95 Grad oder mehr. Hier entsteht die nutzbare Heizenergie.
Das heiße, energiereiche Kältemittel strömt nun durch einen Wärmetauscher (Kondensator). Dort gibt es sei ne Wärme an das Heizungswasser oder ein Fernwärmenetz ab. Dabei kühlt es sich wieder ab und wird erneut flüssig. Das Heizungswasser hingegen wird genau so warm, wie es für Heizkörper, Fußbodenheizung oder Warmwasser gebraucht wird. Zum Schluss durchläuft das flüssige Kältemittel ein Expansionsventil. Der Druck sinkt schlagartig, das Kältemittel kühlt weiter ab – und ist wieder bereit, im Verdampfer neue Umweltwärme aufzunehmen.
Der Kreislauf beginnt von vorn.
Doch warum setzt sich die Wärmepumpe erst jetzt durch? Die Technik gibt es seit Jahrzehnten. Lange Zeit war Gas jedoch billig, Strom vergleichsweise teuer. Das hat sich grundlegend geändert. Gleichzeitig schreibt das Gebäudeenergiegesetz vor, dass neue Heizsysteme zu mindestens 65 Prozent erneuerbare Energie nutzen müssen. Ein Job für die Wärmepumpe und in Kombination mit Ökostrom wird sie auch ökologisch besonders sinnvoll.