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Modell einer Wärmepumpenheizung mit Erdwärmesonden.
Kann man Wärme "pumpen"?
basisEnergie Nr. 10
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Wärmepumpen: Die Heiztechnik-Alternative

Auch im Winter bei niedrigen Temperaturen enthalten Erdreich und Grundwasser viel Wärme. Wärmepumpen können diese Wärmequellen nutzen, indem sie das Temperaturniveau der entnommenen Wärme anheben und anschließend in Hausheizungen einspeisen.

In Kühlschränken werden Lebensmittel gekühlt. Dazu zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf im Gerät ein Kältemittel. Dieses Arbeitsmittel nimmt Wärme im Kühlschrankinneren auf, um sie an der Geräterückseite an die Umgebung abzugeben.

Eine Wärmepumpe funktioniert nach dem gleichen Prinzip, wobei jedoch die Wärme und nicht die Kälte genutzt wird. Sie entnimmt Wärme auf niedrigem Temperaturniveau aus einer äußeren Wärmequelle, z. B. Erdreich, Grundwasser oder Außenluft. Diese hebt sie dann auf ein Temperaturniveau an, das für eine Hausheizung benötigt wird. Für diesen Temperaturhub benötigt die Wärmepumpe eine Antriebsenergie. Ziel einer guten Wärmepumpenanlage ist, dass die so aus der Umwelt entnommene Wärme um ein Mehrfaches größer ist als die zur Temperaturanhebung erforderliche Antriebsenergie.

William Thomson, der spätere Lord Kelvin, veröffentlichte 1852 die Idee, durch eine Maschine Luft in einem geschlossenen Kreislauf zu erwärmen oder abzukühlen. Er hatte beobachtet, dass sich Gase bei Kompression erwärmen. Dies zeigt im Alltag das Beispiel einer Fahrradluftpumpe. Umgekehrt sinkt die Temperatur des Gases bei Expansion. Bedeutung erlangten zuerst nur Maschinen zur Kälteerzeugung. Erst zwischen 1910 und 1930 wurden verschiedene Maschinen zur Wärmeerzeugung entwickelt und patentiert. Nach 1945 wurden vor allem in den USA und Japan Wärmepumpen in Lüftungsanlagen zur Beheizung im Winter und Kühlung im Sommer eingesetzt. In Europa dominierte angesichts der anderen klimatischen Bedingungen die Anwendung in Heizsystemen.

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Nach den Ölpreiskrisen der 70er Jahre stieg die Zahl der in Deutschland installierten Wärmepumpen stark an. Wieder sinkende Energiepreise und technische Probleme der Anlagen ließen die Verkaufszahlen zwischen 1985 – 1993 einbrechen. Mittlerweile sind die technischen Schwachstellen behoben, die Anlagen arbeiten zuverlässig und mit besseren Leistungen. Seit 1993 steigt die Zahl der installierten Wärmepumpen wieder an. Im Jahr 2000 wurden in Deutschland ca. 5.700 Wärmepumpen im privaten Wohnungsbau installiert, davon 94 % in Neubauten.

Wärmepumpen machen in Deutschland etwa 2 % aller Hausheizungen aus; in der Schweiz liegt dieser Wert über 30 %. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) hat mit einer Vielzahl von Forschungsprojekten die Entwicklung effizienter und umweltfreundlicher Wärmepumpen gefördert. Hierzu zählen u. a. Untersuchungen zu umweltfreundlichen Kältemitteln, zur nachfrageorientierten Regelung und zur Kombination einer Wärmepumpe mit einer Lüftungsanlage. Weitere Forschungsvorhaben betrafen Wärmepumpen, die für den Einsatz in großen Wohnanlagen und der Industrie entwickelt wurden. Schwerpunkt im Folgenden sollen Wärmepumpen für Ein- oder Zweifamilienhäuser sein.

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