Die Funktionsweise der Sole-Wasser-Wärmepumpe

Wie funktioniert eine Erdwärmepumpe?

Um die Funktionsweise einer Sole-Wasser-Wärmepumpe besser verstehen zu können, lohnt sich ein Blick auf den Aufbau eines solchen Systems. Die eigentliche Wärmepumpe befindet sich oberhalb der Erdoberfläche und besitzt neben dem Verdichter noch zwei Wärmetauscher: den Verdampfer und den Verflüssiger. Um die Wärme aus dem Erdreich zu gewinnen, kommen in der Praxis entweder Erdsonden oder Erdkollektoren zum Einsatz.

Kollektoren und Sonden versorgen die Wärmepumpe mit thermischer Energie

Erdsonden werden mithilfe von Bohrungen tief in die Erde eingelassen. Erdkollektoren befinden sich hingegen nur knapp unterhalb der Erdoberfläche, verfügen dafür über größere Flächen, die die thermische Wärme aufnehmen können. Beide bestehen aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem eine frostsichere Flüssigkeit (die Sole) zirkuliert. Eine eingebaute Pumpe sorgt dafür, dass die Sole in Bewegung bleibt und die Wärme aus dem Erdreich an die Wärmepumpe weitergibt.

Mit der - durch Erdkollektoren oder Erdsonden - gewonnenen thermischen Energie wird ein Kältemittel verdampft. Aufgrund seiner besonderen thermischen Eigenschaften ändert dieses seinen Aggregatzustand bereits bei niedriger Temperatur. Mit der hinzugefügten Wärme wird das Kältemittel dampfförmig, seine Temperatur nimmt zu. Um diese auf das gewünschte Niveau anzuheben, wird der Kältemitteldampf mit einem Verdichter komprimiert. Dabei erhöht sich nicht nur der Druck, sondern auch seine Temperatur. In einem weiteren Wärmetauscher (Verflüssiger) überträgt der Kältemitteldampf die zuvor erzeugte Wärme auf das Heizsystem und kondensiert. Bevor das wieder verflüssigte Kältemittel wieder Erdwärme aufnehmen kann, wird es zunächst in einem Expansionsventil entspannt. Dabei sinken sowohl seine Temperatur als auch sein Druck. Hat Letzterer seinen Ausgangszustand erreicht, kann der Vorgang von vorne beginnen.

Die Effizienz hängt von vielen Faktoren ab

Die Wärmepumpe erzeugt Wärme, indem sie das Kältemittel zunächst mit der Umgebungsenergie zum Verdampfen bringt und es anschließend komprimiert. Für diesen Verdichtungsvorgang benötigt die Wärmepumpe Antriebsstrom.

Um die Effizienz einer solchen Anlage prognostizieren zu können, wird die VDI-Richtlinie 4650 verwendet. Dieses Rechenverfahren berechnet eine Jahresarbeitszahl, basierend auf dem COP der Wärmepumpe und verschiedenen Anlagenparameter. Der COP steht für das augenblickliche Verhältnis von erzeugter Nutzwärme zur eingesetzten Antriebsenergie in Form von Strom unter normierten Bedingungen. Die JAZ wiederum ist die Summe aller innerhalb eines Jahres aufgetretenen COPs. Möchten man die tatsächliche JAZ ermitteln, werden die abgelesenen Wärme-und Strommengen (am Wärmemengen- und Stromzähler) ins Verhältnis gesetzt.

Als entscheidender Einflussfaktor auf die Effizienz der Anlage hat dabei die Differenz zwischen der Wärmequelle und der Vorlauftemperatur des Heizsystems. Beträgt die Ausgangstemperatur beispielsweise zehn Grad Celsius und die Vorlauftemperatur 30 Grad Celsius, dann muss die Sole-Wasser-Wärmepumpe das Kältemittel lediglich um 20 Grad Celsius erhöhen. Handelt es sich beim Heizsystem um Heizkörper mit kleinen Flächen und einer Mindestvorlauftemperatur von 50 Grad Celsius, muss der Verdichter doppelt so viel Energie aufbringen, um die notwendige Temperatur zu erzielen.

Sole-Wasser-Wärmepumpen für den monovalenten Betrieb

Dank der relativ konstanten und hohen Wärmequelle arbeiten Sole-Wasser-Wärmepumpen das ganze Jahr über sehr effizient. Je nach Einsatzbereich sorgen sie in der Regel als alleiniger Wärmeerzeuger für ausreichend Heiz- und Warmwasser. In einigen Fällen ist auch ein kombinierter Betrieb mit einem vorhandenen Heizsystem sinnvoll. Letzteres kann bei Lastspitzen zugeschaltet werden und garantiert zu jedem Zeitpunkt hohen Komfort innerhalb der Wohnräume. Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu garantieren, sollten im Vorfeld mehrere Punkte beachtet werden. Ausführliche Informationen und Tipps dazu finden Sie im Abschnitt Wärmepumpe.