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Das Gerät und sein Grundprinzip

          Die Wärmepumpe ist ein Gerät, das selbst keine Wärme produziert, sondern Wärme überträgt von Stellen mit niedriger Temperatur zu Stellen mit höherer Temperatur wobei eine bestimmte Menge an Energie gewonnen wird. Aus thermodynamischer Sicht sind Wärmepumpen identisch mit Kühlschränken, mit dem Unterschied, dass die entzogene Wärme weiter verwendet wird, anstatt sie zu verlieren. Jede Wärmepumpe besteht aus den folgenden Hauptelementen:     
    
  • 1. Kompressor
  • 2. Kondensator
  • 3. Regelventil
  • 4. Verdampfer
  • 5. Verbindenden Kupferrohren
  • 6. Kühlmittel (Freon), das die Wärme durch eine Änderung in seinem Aggregatzustand überträgt.
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              Der Kompressor, der Kondensator, das Regelventil und der Verdampfer sind durch Kupferrohren miteinander hermetisch verbunden, in denen das Freon und eine kleine Menge Kompressoröl zirkulieren. Der Arbeitszyklus einer Wärmepumpe läuft folgendermaßen ab: Gasförmiges Freon mit Niederdruck (3 bis 5 Bar) und Temperatur von etwa 7 bis 12 Grad Celsius tritt aus dem Verdampfer in den Kompressor ein. Der Kompressor saugt das Gas ein, erhöht den Druck auf ca. 15 bis 25 Bar und erwärmt es bis 70–90 Grad Celsius, worauf das Freon in den Kondensator gelangt. Dank intensiver Lüftung gibt das Freon Wärme ab und erwärmt wiederum die Luft, die durch den Kondensator fließt. Am Kondensator-Ausgang hat das Freon sich bereits verflüssigt und seine Temperatur ist um 10 bis 20 Grad Celsius höher als die der Luft. Das warme Freon aus dem Kondensator gelangt nun in das Regelventil (in Klimaanlagen ist dieses eine Kapillare – ein dünnes spiralförmiges Kupferrohr). Dort sind die Temperatur und der Druck geringer und das Freon beginnt sich wieder zu Gas zu verwandeln. Nach dem Regelventil fließt das Freon weiter in den Verdampfer über und verdampft weiterhin bis zu seiner vollständigen Vergasung. Um diesen gasförmigen Zustand zu erreichen, verbraucht das Freon in dem Prozess natürlich Wärme. Dieses Gas mit niedriger Temperatur tritt dan wieder in den Kompresson ein und der Zyklus wird wiederholt. Dieses Prinzip liegt der Funktionsweise einer jeden Klimaanlage, Wärmepumpe oder eines jeden Kühlschranks zugrunde, und ist als "rückwärtslaufender Carnot-Prozess" bekannt.     



    Funktionsprinzip in Heizbetrieb.

    Das 4-Wege-Ventil befindet sich im Heizbetrieb und in der Wärmepumpe spielt sich das folgende Verfahren ab:
    Das erwärmpte und verdampfte Freon aus dem Wärmetauscher (Verdampfer) tritt in den Kompressor in einem gasförmigen Zustand bei einem Druck von 3 bis 5 Bar. Danach erhöht sich sein Druck auf bis zu 20 bis 25 Bar und seine Temperatur erreicht 70 bis 90 Grad Celsius (Temperatur des überhitzten Dampfes). Es geht durch den Wärmetauscher für die Warmwasserbereitung, gibt einen Teil seiner Temperatur ab und geht weiter in den Kondensator. Dort gibt auch den Rest seiner Wärme an die gekühlte Luft des Raumes ab, erwärmt sie und wird dabei flüssig. Anschließend gelangt es durch das Regelventil in den Wärmetauscher (Verdampfer), wo es verdunstet und wieder Wärme aus dem Wasser nimmt. Der Zyklus wiederholt sich.
    Funktionsschema in Heizbetrieb
    Funktionsschema in Heizbetrieb

    Funktionsprinzip in Kühlbetrieb.

    Das 4-Wege-Ventil befindet sich im Kühlbetrieb und in der Wärmepumpe spielt sich das folgende Verfahren ab:
    Das verdampfte Freon in seinem gasförmigen Zustand, mit einem Druck von 3 bis 5 Bar tritt in den Kompressor, nachdem es der umgebenden Luft Wärme entnommen hat. Sein Druck steigt auf bis zu 20 bis 25 Bar und seome Temperatur erreicht 70–90 Grad Celsius (Temperatur des überhitzten Dampfes). Es geht durch den Wärmetauscher für die Warmwasserbereitung, gibt einen Teil seiner Temperatur ab und geht weiter in den Kondensator. Dort gibt auch den Rest seiner Wärme an das Wasser ab, erwärmt es und wird dabei flüssig. Anschließend gelangt es durch das Regelventil in den Wärmetauscher (Verdampfer), wo es verdunstet und wieder Wärme aus der Luft nimmt und sie somit kühlt. Der gleiche Zyklus wiederholt sich.
    Funktionsschema in Kühlbetrieb
    Funktionsschema in Kühlbetrieb


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