Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik
  3. 3 Wärmelehre
  4. 3.5 Hauptsätze der Wärmelehre und Wärmekraftmaschinen
  5. 3.5.2 Wärmekraftmaschinen
  6. Wärmepumpe

Wärmepumpe

Wärmepumpen werden vor allem für die Heizung von Räumen und Gebäuden sowie für die Warmwassergewinnung genutzt. Dabei wird Erdwärme, die Wärme des Grundwassers oder die Wärme der Luft außerhalb des Gebäudes bei niedriger Temperatur aufgenommen und im Inneren des Gebäudes bei höherer Temperatur abgegeben. Dazu muss elektrische Energie zum Antrieb der Wärmepumpe zugeführt werden.
Das Grundprinzip einer Wärmepumpe wurde bereits um 1852 von dem englischen Physiker WILLIAM THOMSON (Lord KELVIN) gefunden. Intensiver genutzt werden Wärmepumpen aber erst seit etwa 1990.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Wärmepumpen werden vor allem für die Heizung von Räumen und Gebäuden sowie für die Warmwassergewinnung genutzt. Dabei wird Erdwärme, die Wärme des Grundwassers oder die Wärme der Luft außerhalb des Gebäudes bei niedriger Temperatur aufgenommen und im Inneren des Gebäudes bei höherer Temperatur abgegeben. Dazu muss elektrische Energie zum Antrieb der Wärmepumpe zugeführt werden.
Das Grundprinzip einer Wärmepumpe wurde bereits um 1852 von dem englischen Physiker WILLIAM THOMSON (1824-1907), der später zum Lord KELVIN ernannt wurde, gefunden. Es wird auch beim Kühlschrank angewendet. Intensiver genutzt werden Wärmepumpen aber erst seit etwa 1990. Sie sind in den letzten Jahren technisch erheblich weiterentwickelt worden.

Aufbau und Wirkungsweise einer Wärmepumpe

Nachfolgend sind der Aufbau und die Wirkungsweise einer Kompressionswärmepumpe dargestellt. Das ist die am häufigsten verwendete Art von Wärmepumpen. Daneben gibt es noch Absorptionswärmepumpen.
Die wichtigsten Bestandteile einer Kompressionswärmepumpe,
nachfolgend kurz Wärmepumpe genannt, sind ein System von
Rohrleitungen mit einem Arbeitsmittel, ein Verdichter (Kompressor), ein Verdampfer, ein Verflüssiger und ein Ventil (Expansionsventil, Drossel). Die Anordnung der Teile ist in Bild 2 dargestellt.

  • Aufbau einer Wärmepumpe

Der Verdampfer befindet sich außerhalb des Gebäudes, z. B. im Erdreich, im Grundwasser oder in der Luft (Bild 3). Die übrigen Teile befinden sich im Gebäude. Das Arbeitsmittel in den Rohrleitungen ist eine spezielle Flüssigkeit mit einer Siedetemperatur von -25 °C
bis -45 °C. Unter anderem wird auch Propan mit einer Siedetemperatur von -42,1 °C verwendet.

Im Verdampfer geht das Arbeitsmittel vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Dazu ist Wärme (Verdampfungswärme) erforderlich, die der Umgebung (Erde, Wasser, Luft) entzogen wird.
Durch eine Rohrleitung gelangt das gasförmige Arbeitsmittel in den Verdichter. Das ist eine Pumpe, durch die das Gas komprimiert, also der Druck in ihm erhöht wird. Das Gas unter hohem Druck gelangt in den Verflüssiger.

Durch das Komprimieren des Gases erhöht sich seine Siedetemperatur. Es wird flüssig und gibt dabei Wärme (Kondensationswärme) ab. Diese Kondensationswärme wird genutzt, um Wasser in einem Heizkreislauf zu erwärmen, das dann z. B. zur Raumheizung verwendet wird.

Das unter hohem Druck stehende flüssige Arbeitsmittel gelangt nach der Wärmeabgabe zu einem Ventil, durch das der Druck erheblich verringert wird. Aufgrund des geringeren Drucks sinkt die Siedetemperatur wieder. Das Arbeitsmittel wird flüssig und gelangt dann wieder in den Verdampfer. Der Kreislauf beginnt von Neuem.

  • Zum Verdampfen wird die Umgebungswärme genutzt.

    G. Lattke, Berlin

Energiebilanz bei Wärmepumpen

Die Energiebilanz für eine Wärmepumpe zeigt Bild 4. Aus der Abbildung ist erkennbar: Die für den Antrieb des Verdichters erforderliche elektrische Energie ist wesentlich kleiner als die für Heizzwecke nutzbare Energie. Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe ist, bezogen auf diese Energien, größer als 1. Er liegt meist bei Werten zwischen 2,4 und 4,0. Dieser Wert wird bei Wärmepumpen als Leistungszahl bezeichnet.

Für die Nutzung von Wärmepumpen ist zu beachten, dass ihr Wirkungsgrad umso größer ist, je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen der außen aufgenommenen und der innen abgegebenen Wärme ist. Er kann berechnet werden mit der Gleichung:

η = T ab T ab − T auf

Wärmepumpen sind deshalb besonders für Fußbodenheizungen geeignet, da in diesem Falle der Wirkungsgrad besonders groß ist.

Vorteile und Nachteile von Wärmepumpen

Die Vorteile von Wärmepumpen bestehen vor allem darin, dass

  • nicht erneuerbare Energieträger eingespart werden,
  • keine Emissionen von Kohlenstoffdioxid auftreten,
  • regenerative Wärmequellen (Erdwärme, Wärme der Luft) genutzt werden.

Die Nachteile von Wärmepumpen bestehen gegenwärtig vor allem darin, dass

  • ihre Herstellung und ihre Installation hohe Kosten verursachen,
  • der Einsatz von FCKW-freien und chlorfreien (klimawirksamen) Arbeitsmitteln noch nicht befriedigend geklärt ist,
  • beim Betrieb eine belästigende Geräuschentwicklung auftreten kann.
  • Energiebilanz bei einer Wärmepumpe
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wärmepumpe." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/waermepumpe (Abgerufen: 20. October 2025, 18:01 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Video
  • Lord Kelvin
  • Kompressionswärmepumpe
  • Ventil
  • Verdampfer
  • Arbeitsmittel
  • Kondensationswärme
  • Wärmepumpe
  • Verdichter
  • Nachteile von Wärmepumpen
  • Absorptionswärmepumpe
  • Verdampfungswärme
  • William Thomson
  • Kühlschrank
  • Leistungszahl
  • Wirkungsgrad
  • Vorteile von Wärmepumpen
  • Verflüssiger
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Nikolaus August Otto

* 14.06.1832 in Holzhausen bei Nassau
† 26.01.1891 in Köln

Er war ein deutscher Ingenieur, entwickelte das 4-Takt-Prinzip für Gasmotoren und verbesserte es wesentlich. Gemeinsam mit E. LANGEN, G. DAIMLER und W. MAYBACH gründete er 1872 die Deutz AG.

Sublimieren und Resublimieren

Als Sublimieren bezeichnet man den Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Resublimieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand. Im Unterschied zu anderen Aggregatzustandsänderungen vollziehen sich diese Umwandlungen in einem Temperaturbereich. Es sind damit Phasenübergänge 2. Art. Wie andere Aggregatzustandsänderungen ist zum Sublimieren Wärme erforderlich, beim Resublimieren wird Wärme freigesetzt.

Stirlingscher Kreisprozess

Der stirlingsche Kreisprozess, bestehend aus je zwei isothermen und isochoren Zustandsänderungen, repräsentiert die „Takte“ eines ideal arbeitenden Heißluftmotors. Dabei wird das Antriebsmittel „Luft“ als ideales Gas betrachtet und die Prozessführung als reversible angenommen.

  1. Durch Aufnahme einer bestimmten Wärme aus einem heißen Wärmespeicher erfolgt eine isotherme Expansion. Es wird die Arbeit verrichtet.
  2. Durch eine isochore Abkühlung wird die Temperatur verringert. Dabei wird Wärme abgegeben.
  3. Takt: Für die isobare Kompression muss Arbeit zugeführt werden. Die dabei entstehende Wärme Δ wird an einen kalten Wärmespeicher abgegeben.
  4. Takt: Durch eine isochore Erwärmung wird nun die Temperatur erhöht und damit der Ausgangszustand wieder erreicht. Dazu wird die Wärme zugeführt.

Die Differenz aus verrichteter und zugeführten Arbeit kann von der Maschine nach aßen abgegeben werden.

Felix Wankel

* 13.08.1902 in Lahr
† 09.10.1988 in Heidelberg

Er war ein deutscher Techniker, der einen Drehkolbenmotor entwickelte, der heute auch unter dem Namen Wankelmotor bekannt ist.

Verdunsten und Verdampfen

Als Verdunsten bezeichnet man den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand unterhalb der Siedetemperatur, als Verdampfen
den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand bei Siedetemperatur. Das Verdampfen erfolgt also stets in Verbindung mit dem Sieden. Nähere Hinweise dazu sind unter diesem Stichwort zu finden. Insbesondere bei Wasser wird häufig vom Verdampfen gesprochen.
Wie schnell Wasser oder andere Flüssigkeiten verdunsten, hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025