Schematische Darstellung des Kreisprozesses einer Wärmepumpe. Die Stadien des Kreisprozesses: Verdampfen, Verdichten, Kondensieren und Entspannen

Die eigentliche Wärmepumpe ist ein relativ kleiner Blechkasten, der irgendwo im Keller steht. In diesem Kasten zirkuliert ein Gas als Arbeitsmedium: Über einen Wärmetauscher, der als "Verdampfer" bezeichnet wird, nimmt es die Niedrigtemperatur-Wärme der Umgebung auf. Eine Pumpe verdichtet dann das Gas und schickt es durch einen anderen Wärmetauscher, in dem es seine hochtemperierte Wärme an den Heizstrang abgibt. Der zweite Wärmetauscher wird als "Verflüssiger" bzw. "Kondensator" bezeichnet. Zum Schluß des Kreisprozesses wird das Gas über ein Drosselventil wieder entspannt und erneut dem "Verdampfer" zugeleitet. - Es durchläuft also einen Kreisprozeß, wobei es immer wieder dieselben Stationen des Verdampfers, des Verdichters, des Verflüssigers und des Entspannungsventils passiert.

Die Wahl des richtigen Gases

Die Begriffe "Verdampfer" und "Verflüssiger" weisen darauf hin, daß man kein beliebiges Gas als Arbeitsmedium verwendet, sondern eines, das zu Beginn des Kreisprozesses - also bei der Aufnahme der Wärme auf der unteren Temperaturstufe - vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht und sich nach Abgabe der höhertemperierten Wärme wieder verflüssigt. Für den Wechsel vom einen zum anderen "Aggregatzustand" ist nämlich ein besonderes Quantum Wärme erforderlich, ohne daß sich deshalb die Temperatur des Arbeitsmediums erhöht (deshalb bedarf es auch einer zusätzlichen Wärmezufuhr, um Eis zu verflüssigen oder um Wasser zu verdampfen, ohne daß sich dadurch die Temperatur erhöht). Ein solches Arbeitsmedium kann also besonders viel Umgebungs-Wärme aufnehmen, wenn es im "Verdampfer" siedet. Umgekehrt kann es bei der Verflüssigung im "Kondensator" auch besonders viel Wärme abgeben. In der Regel sieden die Arbeitsmittel, die für den Kreislauf der Wärmepumpe verwendet werden, bei normalem Druck schon bei minus 30°C bis minus 50°C. Ihr flüssiger oder gar fester Aggregatzustand liegt also weit unterhalb normaler Temperaturen. Wir bezeichnen sie deshalb, gemäß ihrem vorherrschenden Aggregatzustand, als "Gase".

Als geeignete Gase für Wärmepumpen boten sich zunächst die Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) an, die auch für viele andere Zwecke ideale Eigenschaften aufwiesen. Inzwischen hat man aber erkannt, daß die FCKW schädliche Auswirkungen auf das Klima haben und die wichtigste Ursache für den Ozonabbau in der Stratosphäre sind. Deshalb dürfen neu verkaufte Wärmepumpen nur noch teilhalogenierte Stoffe wie das R 22 enthalten, die wesentlich umweltverträglicher sind. Ab dem Jahr 2000 sind für neue Anlagen nur noch klimaunschädliche Gase wie Propan als Arbeitsmittel zugelassen. Die meisten Hersteller bieten aber schon jetzt FCKW-freie Wärmepumpen an, weil nur die Erwerber solcher Anlagen mit Fördermaßnahmen rechnen dürfen.