Eine schöne, aber leider nicht einfach umsetzbare Idee:
In typischen Kompressions-Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel, das in einem außen angebrachten Absorber Wärme aufnimmt und diese in einem Wärmetauscher innen im Gebäude wieder abgibt. Damit das mit brauchbarem Wirkungsgrad funktioniert, muss das Kältemittel Phasenübergänge durchlaufen, d.h. im Absorber verdampfen und im Wärmetauscher durch den von einem Kompressor erzeugten Druck wieder kondensieren.
Die Herausforderung ist, ein Medium zu finden, bei dem diese Phasenübergänge bei verträglichen Temperaturen und Drücken ablaufen und von dem keine Gefahren für Mensch und Umwelt ausgehen:
- Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wären (und waren) ein perfektes Kältemittel: Sie sind ungiftig, nicht entzündlich und die zur Kondensation erforderlichen Drücke sind technisch gut beherrschbar. Allerdings zerstören FCKWs die Ozonschicht, der Einsatz ist also aus gutem Grund nahezu völlig verboten.
- Das ab den 1990er Jahren als Ersatz verwendete Kältemittel Tetrafluorethan (R134a) ist zwar nicht mehr ozonschädigend, hat aber ein starkes Treibhauspotential. Es darf nur noch eingeschränkt verwendet und nur von Fachkräften gehandhabt werden - für Eigenbauten taugt es also auch nicht.
- Umweltfreundliche Kühlschränke, Klimaanlagen und Wärmepumpen setzen inzwischen oft Propan oder Butan als Kältemittel ein. Beide sind nicht klimaschädlich, können aber mit Luft explosionsfähige Gasgemische bilden. Also auch nichts für Bastler.
- Weder Klima- noch Explosionsgefahr gibt es bei Kohlendioxyd (CO2). Allerdings sind hier die zur Verflüssigung erforderlichen Drücke so groß, dass sie nicht gefahrlos mit Hausmitteln erzeugt werden können.
Fazit also: Selber basteln ist hier nach meinem besten Wissen gefährlich. Oder illegal. Oder beides.
Es gibt tatsächlich von einigen Lehrmittel-Herstellen Wärmepumpen-Demonstrationsexperimente, z.B. eines von der Firma Leybold Didactic. Dieses scheint mir im Wesentlichen ein auseinandergefalteter Kältekreislauf aus einem Kühlschrank zu sein. Dementsprechende lässt sich am Aufbau wenig beobachten; vor allem ist das Verdampfen und Verflüssigen in den Metallrohren nicht zu sehen. Auch der Kompressor ist - wie bei Kühlschränken üblich - komplett in einem Ölbad gekapselt, so dass auch hier nichts von seiner mechanischen Funktionsweise zu sehen ist.
Grundsätzlich lässt sich das Wärmepumpen-Prinzip auch noch mit anderen Methoden, z.B. einem extern angetriebenen Stirling-Motor oder mit einem Peltier-Element demonstrieren. Allerdings funktionieren solche Aufbauten sehr anders als die real eingesetzten Wärmepumpen.
Vor allem aber ist bei Stirling- oder Peltier-Systemen die extern aufgenommene Wärmemenge im Verhältnis zur eingesetzen Antriebsenergie sehr gering, d.h. sie besitzen nicht die Schlüssel-Fähigkeit einer realen Wärmepumpe, eine Wärmeleistung abzugeben, die deutlich größer ist als die elektrischen Leistung ihres Kompressors.
Leider kenne ich also keinen wirklich befriedigende Lösungsansatz für ein selbst gebautes Wärmepumpen-Demomodell. Ich würde mich freuen, wenn hier im Forum noch andere Ideen dazu auftauchen.