Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Also eine Wärmepumpe entzieht ja die Wärme der Umgebung und gibt es nach Innen.
Aber wenn es draußen 2 Grad und Innen 19 Grad macht da ja 0 Sinn?
Ein Tee wird ja kalt weil der Tee 70 Grad und die Umgebung 20 Grad hat. Die Umgebung wird also minimal wärmer und der Tee dann kälter, in der Physik gleicht sich die Temperatur immer an.
Müsste dann rein logisch nicht die Wärmepumpe den gleichen effekt haben?
7 Antworten
Eine Wärmepumpe ist im Prinzip eine umgekehrte Wärmekraftmaschine: statt aus der Temperaturdifferenz zweier Wärmereservoirs Exergie zu gewinnen, steckt man Exergie hinein, um eine Temperaturdifferenz zweier Wärmereservoirs herzustellen. Entsprechend ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe (Wärme-Output/el. Input) idealerweise der Kehrwehrt des Wärmekraftmaschinen-Wirkungsgrades (el. Output/Wärme-Input) und damit über 1. Der Wirkungsgrad einfach zu Wärme dissipierter Exergie hingegen ist immer 1. https://home.uni-leipzig.de/energy/energie-grundlagen/13.html
Manche argumentieren, dass die Wärmepumpe ja Umgebungswärme nutzt und diese im Nenner des Wirkungsgrades mitgezählt werden müsste, aber eine solche Definition weicht dann von der thermodynamischen ab (auch bei der Wärmekraftmaschine wird die Abwärme nicht zum Zähler des Wirkungsgrads addiert).
Diesen Wirkungsgrad nennt man in der Technik Arbeitszahl. Reale Wärmepumpen haben eine Jahresarbeitszahl zwischen 3 und 4, aber in der technischen Realität ist natürlich alles komplizierter:
Wärmepumpen sind extrem teuer (vielleicht ändert sich das ja noch) und ein erhebliches finanzielles Risiko bei Anschaffung und Wartung,
die Außeneinheit (der Verdampfer) zB einer Luftwärmepumpe muss im Winter regelmäßig abgetaut werden, weil die Luftfeuchtigkeit auf dem Wärmetauscher ausfriert, wie bei einem Kühlschrank; bei älteren Wärmepumpen mit zusätzlichem Strom, bei neueren mit zu diesem Zweck gespeicherter gepumpter Wärme,
finanziell ist das Ganze bisher ein Nullsummenspiel, weil Strom pro kWh dreimal so teuer ist wie Gas, damit wird eine Arbeitszahl von 3 genau ausgeglichen. Vielleicht wird mit dem kommenden Überangebot Strom irgendwann billiger.
Die Waermepumpe zieht die Energie aus dem tieferen Erdreich oder dem Grundwasser, wo die Temperaturen das gesamte Jahr ueber konstant sind, bloss bei extremer Kaelte, so -20C, muss ein Heizstab aktiviert werden.
Lies dir das mal durch. So Trivial wie der Vergleich mit heißer Teetasse ist da zu kurz gedacht. Wenn das so einfach wäre, bräuchten wir gar keine Technik, weil es ja auch so funktioniert...
Eine Wärmepumpe funktioniert durch einen thermodynamischen Prozess, bei dem sie Wärme aus der Umgebung aufnimmt und auf ein höheres Temperaturniveau bringt. Dazu nutzt sie ein spezielles Kältemittel, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft (z. B. R-410A bei ca. -48 °C, R-32 bei ca. -52 °C oder R-134a bei ca. -26 °C). Dieses verdampfte Kältemittel wird anschließend in einem Kompressor stark verdichtet, wodurch seine Temperatur ansteigt. Die so erzeugte Wärme wird dann an das Heizsystem abgegeben. Danach entspannt sich das Kältemittel wieder, wird erneut mit Umweltwärme (und hier sind - 5° C, - 10° C oder auch - 20° C immernoch wärmer, als - 26° C, - 48° C oder - 52° C) aufgeladen, und der Kreislauf beginnt von vorne.
Warum wird es im Kühlschrank kalt, obwohl es draussen heiß ist. Das ist das selbe Prinzip, nur umgekehrt.