Blick in einen Wärmepumpen-Heizungskeller: Der rechteckige Metallkasten in der Bildmitte ist die eigentliche Wärmepumpe. Links davon sieht man einen Pufferspeicher, der für ein elastisches Betriebsverhalten sorgt, so daß die Wärmepumpe nicht bei jeder Bedarfsschwankung in Aktion treten muß. Außerdem sieht man rechts einen Wärmetauscher für den Warmwasserbedarf des Hauses. Die Warmwasserversorgung könnte ebenso durch eine zweite Wärmepumpe übernommen werden. Auch der Pufferspeicher ist unter Umständen entbehrlich.

Wärme steckt auch noch in arktischer Kälte

Die Wärmepumpe erschließt Wärmequellen, die normalerweise nicht nutzbar wären: Zum Beispiel mutet es auf den ersten Blick wie ein Schildbürgerstreich an, ein Haus bei Temperaturen um null Grad mit der Außenluft beheizen zu wollen. Auch Erdreich und Grundwasser sind nach menschlichem Empfinden zu kalt, um als Wärmereservoir dienen zu können. Wenn von "Wärme" die Rede ist, denkt der Normalmensch immer an wohlig-warme Temperaturen.

Nicht so der Physiker: Für ihn ist alles Wärme, was über dem absoluten Nullpunkt liegt. Und weil diese absolute Temperaturskala erst bei minus 273 Grad Celsius endet, bergen für ihn selbst klirrender Frost und arktische Kälte noch ein beachtliches Potential an Wärme.

Die absolute Temperatur wird in Kelvin gemessen - zu Ehren des Engländers William Thomson, der im 19. Jahrhundert viel zur physikalischen Wärmelehre beigetragen hat und als Lord Kelvin geadelt wurde. Der Null-Marke auf der Celsius-Skala, die sich am Gefrierpunkt des Wassers orientiert, entspricht eine Temperatur von 273 Kelvin.

Fahrrad-Luftpumpe und Föhn

Schon Kelvin machte sich Gedanken darüber, wie man das große Potential an Wärme, das unterhalb der Körpertemperatur des Menschen liegt und deshalb als "kalt" empfunden wird, in Wärme höherer Temperatur verwandeln könne. Er glaubte auch zu wissen, wie eine solche Maschine beschaffen sein müsse: Bei seinen Untersuchungen hatte er herausgefunden, daß sich Gase bei Entspannung abkühlen und bei Druckerhöhung erwärmen. Wenn man also eine bestimmte Menge Gas mit einem bestimmten Wärmegehalt hat, braucht man nur das Volumen dieser Gasmenge zu reduzieren - das heißt das Gas unter Druck zu setzen - , um eine höhere Temperatur zu erzielen. Und umgekehrt läßt sich eine Kühlleistung erzielen, wenn man eine bestimmte Gasmenge durch Erweiterung ihres Volumens entspannt.

Eine einfache Maschine dieser Art hat jeder schon in der Hand gehabt: Beim Aufpumpen von Fahrradreifen erwärmt sich die Luft im Kolben der Handpumpe infolge des Zusammenpressens. Unter Umständen kann man sich auf diese Weise sogar die Finger verbrennen.

Eine Wärmepumpe natürlicher Art, die jeder kennt, ist der "Föhn". - So nennt man trocken-warme Fallwinde, die hinter Gebirgskämmen auftreten, wenn kühl-feuchte Luftmassen, die der erzwungene Aufstieg auf der Luv-Seite des Gebirges zunächst entspannt hat, auf der Lee-Seite zu Tal stürzen. In beiden Fällen bewirkt die Veränderung des Luftdrucks, die der Höhenveränderung der Luftmassen folgt, eine entsprechende Temperaturveränderung. Wer bei einer solchen Wetterlage durch den St. Gotthard-Tunnel in den Alpen fährt, kann auf der einen Seite das Prinzip der Wärmepumpe und auf der anderen das Prinzip des Kühlaggregats studieren.