Eine Wärmepumpe erzeugt keine Wärme, sie befördert sie. Sie hebt Umweltwärme von niedrigem auf nutzbares Temperaturniveau — mit demselben Prinzip, mit dem ein Kühlschrank die Wärme aus dem Innenraum an die Küche abgibt, nur in die andere Richtung genutzt.
Die vier Schritte
1. Verdampfen. Im Verdampfer strömt ein Kältemittel, das bei sehr niedrigen Temperaturen siedet — Propan etwa bei minus 42 Grad unter Normaldruck. Selbst Außenluft von minus zehn Grad ist im Vergleich warm genug, um es zu verdampfen. Das Kältemittel nimmt dabei die Umweltwärme auf.
2. Verdichten. Der Verdichter komprimiert das Gas. Mit dem Druck steigt die Temperatur — aus wenigen Grad werden 60 bis 90 Grad. Dieser Schritt ist der einzige, der nennenswert Strom braucht.
3. Verflüssigen. Im Verflüssiger gibt das heiße Gas seine Wärme an das Heizungswasser ab und wird dabei wieder flüssig. Hier entsteht der Vorlauf, der ins Haus geht.
4. Entspannen. Das Expansionsventil senkt den Druck schlagartig, das Kältemittel kühlt stark ab und ist bereit, wieder Umweltwärme aufzunehmen. Der Kreis beginnt von vorn.
Warum die Temperaturdifferenz alles bestimmt
Der Verdichter muss die Differenz zwischen Quelltemperatur und Vorlauftemperatur überwinden. Je kleiner dieser Hub, desto weniger Arbeit. Zwei Grad Außenluft auf 35 Grad Vorlauf zu heben ist ein Hub von 33 Kelvin; auf 55 Grad sind es 53 Kelvin — rund 60 Prozent mehr. Genau daraus folgt die Regel, dass jedes Grad Vorlauftemperatur etwa zweieinhalb Prozent Effizienz kostet, und ebenso, warum Erdwärme mit konstant zehn Grad Quelltemperatur besser abschneidet als Luft im Januar.
Warum sie physikalisch möglich ist
Ein Heizkessel kann aus einer Kilowattstunde Brennstoff maximal eine Kilowattstunde Wärme machen. Die Wärmepumpe liefert aus einer Kilowattstunde Strom drei bis fünf Kilowattstunden Wärme — sie erzeugt die Differenz nicht, sondern holt sie aus der Umwelt. Der Energieerhaltungssatz bleibt unangetastet; bewegt wird Wärme, nicht erschaffen.
Was noch dazugehört
- Abtauung. Bei Luftgeräten gefriert die Luftfeuchte am Verdampfer, wenn es kalt und feucht ist. Die Anlage dreht den Kreis kurz um und taut ab. Das kostet über das Jahr wenige Prozent — und ist der Grund für die Dampfschwaden im Winter.
- Modulation. Inverter-Verdichter fahren zwischen etwa 25 und 100 Prozent Leistung und passen sich damit dem Bedarf an, statt zu takten.
- Umkehrbarkeit. Wird der Kreis dauerhaft umgedreht, kühlt die Anlage. Technisch ist das derselbe Prozess.
Die Kennzahl
Der Wirkungsgrad heißt hier Leistungszahl. Der theoretische Höchstwert ergibt sich aus den absoluten Temperaturen: Vorlauftemperatur in Kelvin geteilt durch die Differenz zur Quelltemperatur. Reale Geräte erreichen davon etwa 45 bis 55 Prozent. Diese Grenze erklärt, warum kein Hersteller aus einem schlecht ausgelegten System eine gute Anlage machen kann — die Physik steht vor dem Fabrikat.