Die Energiegewinnung stellt für die Menschheit ein immer größeres Problem dar. Zum einen sind viele der herkömmlichen Energiequellen nicht erneuerbar und erschöpfen sich daher in absehbarer Zeit. Zum anderen werden die negativen Folgen der Nutzung von fossilen Energieträgern und der Kernenergie immer deutlicher. Daher sind viele Menschen darum bemüht, alternative Energiequellen zu nutzen, die sich nicht erschöpfen und deren Nutzung keinen negativen Einfluss auf die Umwelt hat. Alternative Energiequellen wie die Nutzung der Solarenergie, der Wind- oder der Wasserkraft sind bereits seit Langem bekannt. Eine weitere Form, die Energie der Umwelt zu nutzen ist die Wärmepumpe. Die Wärmepumpe nutzt die Wärmeenergie der Umgebung und macht sie für den Menschen verfügbar.
Die Energie der Natur mit einer Wärmepumpe nutzen
Die Wärmepumpe wird in der Regel zum Heizen eines Hauses oder für die Warmwasserbereitung verwendet. Dabei transportiert sie die Wärme der Umgebung ins Innere des Gebäudes oder zum Warmwassertank. Auf den ersten Blick scheint diese Idee für viele Menschen seltsam, da es im Winter, wenn man die Heizung benötigt, in der Umgebung so kalt ist, dass sich so die Raumtemperatur eigentlich noch weiter abkühlen müsste, anstatt sich aufzuheizen. Doch beruht das Prinzip der Wärmepumpe darauf, dass die Umgebungstemperatur noch etwas weiter abgekühlt wird. Die frei gewordene Wärmeenergie wird von der Wärmepumpe ins Innere des Gebäudes gepumpt und dort wieder freigesetzt. So heizt sich das Gebäude weiter auf, obwohl die Umgebungstemperatur deutlich geringer ist. Wenn man die Energie der Natur mit einer Wärmepumpe nutzen will, benötigt man einen Wärmetauscher. Dies ist die Vorrichtung, mit der die Wärmeenergie aus der Umgebung abgezogen wird. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen ist es möglich, einen Wärmetauscher zu verwenden, der die Energie aus der Umgebungsluft abzieht. Diese Variante ist zwar sehr einfach zu installieren und daher auch am kostengünstigsten, doch ist sie am wenigsten effizient, da sich die Umgebungsluft im Winter stark abkühlt und es daher sehr schwierig ist, weitere Wärmeenergie abzuziehen. Deutlich effizienter ist es, einen Wärmetauscher zu verwenden, der die Energie aus dem Boden oder dem Grundwasser abzieht.
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe
Dank modernster Technologien lassen sich Kosten senken und die Umwelt wird geschont – Bild von: © abcmedia – Fotolia.com
Um zu verstehen, wie man die Energie der Natur mit einer Wärmepumpe nutzen kann, ist es wichtig, die Eigenschaften bezüglich der Verdunstung und der Kondensation von Flüssigkeiten zu beschreiben. Verschiedene Faktoren können bewirken, dass eine Flüssigkeit verdunstet. Bei der Wärmepumpe werden Flüssigkeiten durch Unterdruck zur Verdunstung gebracht. Bei großem Unterdruck verdunsten Flüssigkeiten, selbst wenn die Temperatur nicht ihrem eigentlichen Siedepunkt entspricht. Der Übergang von der flüssigen in die gasförmige Zustandsform benötigt immer Energie. Diese Energie wird aus der Wärmeenergie der Umgebung abgezogen. Wenn man nun in einer kalten Umgebung eine Flüssigkeit durch Unterdruck zum Verdunsten bringt, sinkt die Umgebungstemperatur und das Gas nimmt die Energie auf. Wenn man den Druck erhöht, wird die aufgenommene Energie wieder frei und es entsteht Wärme. Wenn man diese physikalischen Grundregeln verstanden hat, ist das Prinzip der Wärmepumpe leicht verständlich. Im Wärmetauscher, der sich außerhalb des Gebäudes befindet, wird eine Flüssigkeit durch Unterdruck zur Verdunstung gebracht. Dabei nimmt sie Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Das Gas wird bei ständigem Unterdruck ins Innere des Gebäudes geleitet. Hier wird nun der Druck wieder gesteigert, sodass das Gas wieder in die flüssige Zustandsform übergeht. Dabei wird Wärme frei, die zum Heizen des Gebäudes verwendet werden kann. Für den Betrieb der Wärmepumpe wird lediglich die Energie für den Betrieb des Kompressors, der für den Unterdruck sorgt, benötigt. Da diese Energiemenge jedoch relativ gering ist, kann man mit einer Wärmepumpe ein Haus kostengünstig und umweltfreundlich beheizen.