Wärmepumpen

Wenn Leon an einem heißen Sommertag ein Fenster öffnet, ist es drinnen bald so heiß wie draußen. Denn gewöhnlich strömt Wärme aus Bereichen mit hoher Temperatur zu Bereichen mit niedriger Temperatur – bis die Temperatur in beiden Bereichen gleich ist. Manche Geräte lassen Wärme sich jedoch in die entgegengesetzte Richtung bewegen – von kalten Bereichen in heiße Bereiche. Öffne mal den Kühlschrank, Leon! Wenn du die Tür öffnest, merkst du: Obwohl es draußen sehr heiß ist, bleibt es im Kühlschrank selbst kalt. Wie ist das möglich?!

An der Rückwand des Kühlschranks ist ein Gitter mit einem langen, gewundenen Metallrohr. Dieses Rohr führt in den Kühlschrank. Es enthält eine Flüssigkeit: das sogenannte Kühlmittel. Das speichert die Wärme vom Inneren des Kühlschranks und gibt sie an die Luft draußen ab. Dadurch wird es im Kühlschrank kühl.

Die Wärme strömt von heiß zu kalt, deshalb muss das Kühlmittel im Rohr im Kühlschrank kälter sein als die Umgebung. Dann muss es irgendwie heißer werden als die Luft in deiner Küche, damit es die Wärme abgeben kann. Wie funktioniert das? Kann man die Temperatur des Kältemittels ändern, indem man seinen Druck erhöht und senkt? Ein besonderes Bauteil erhöht den Druck des Kühlmittels: der Kompressor.

Wenn der Druck im Kompressor steigt, steigt auch die Temperatur des Kühlmittels. Es strömt nun als heißes Gas durch das Rohr außerhalb des Kühlschranks. Da es heißer ist als die Umgebung, gibt es Wärme an die Luft weiter und kühlt ab. Die Temperatur sinkt, aber der Druck ist immer noch hoch. Das Gas wird wieder eine Flüssigkeit.

Dieser Vorgang heißt Kondensation und geschieht im Gitter an der Rückwand des Kühlschranks. Dieses Bauteil ist ein Kondensator. Danach läuft die Flüssigkeit durch ein anderes Bauteil. Dort kann sich das Kühlmittel ausdehnen. Weil sich das Kühlmittel ausdehnt, sinkt der Druck und die Temperatur auch.

Dies alles geschieht im Drosselventil. Nachdem das Kühlmittel durch das Drosselventil geflossen ist, wird es zu einem Gemisch aus kalter Flüssigkeit und Gas. Dieses Gemisch strömt durch das Rohr im Inneren des Kühlschranks. Dort nimmt es die Wärme der Umgebung auf und verwandelt sich in ein Gas: Es verdampft. Darum nennt man dieses Bauteil auch Verdampfer.

Dann strömt das Gas weiter zum Kompressor, wo der ganze Kreislauf dann wieder von vorne beginnt. In diesem Kreislauf wird die Wärme ständig von der niedrigen zur hohen Temperatur gepumpt. Geräte, die genau das tun, nennt man Wärmepumpen. Dieses System lässt sich nicht nur bei Kühlschränken anwenden. Mit Wärmepumpen kann man auch Häuser kühlen oder sogar beheizen!

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die Wärme aus der Luft, dem Wasser oder dem Boden aufnehmen können. Im Sommer funktioniert eine Wärmepumpe wie ein Kühlschrank. Sie nimmt die Wärme aus dem Hausinneren auf und pumpt sie nach draußen. Im Winter läuft der Vorgang andersherum: Die Wärme von draußen wird aufgenommen und in ein Haus gepumpt. Wärmepumpen erzeugen keine Wärme, sondern leiten sie einfach von A nach B – durch Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels.

Sie verbrauchen nur wenig Energie und sind umweltfreundlich. Lass die Kühlschranktür trotzdem nicht lange offen, Leon! Nimm dir ein Eis aus dem Gefrierschrank, so kannst du dich auch etwas abkühlen.