Vor 200 Jahren beginnt die Welt der Technik gerade erst, ihre Muskeln zu zeigen. Die Dampfmaschine hat bereits Einzug in die Fabriken gehalten und die Industrialisierung nimmt Fahrt auf. Die erste deutsche Eisenbahn tuckert 1835 durch Nürnberg und der Fortschritt ist nicht mehr aufzuhalten. Im Haushalt hingegen herrscht Handarbeit: Wasser wird vom Brunnen geholt, gekocht wird über offenem Feuer, und die Beleuchtung kommt von Kerzen oder Öllampen. Wer technisch innovativ sein wollte, kauft sich vielleicht eine Taschenuhr
Die Ursprünge der Wärmepumpe gehen auf die frühen Arbeiten von Nicolas Léonard Sadi Carnot im 19. Jahrhundert zurück, der in Paris die Grundlagen für das Verständnis von Wärme und Energie erforscht. Von den ersten theoretischen Konzepten bis hin zu den heutigen hochmodernen Wärmepumpensystemen hat die Technologie in den letzten 200 Jahren eine bemerkenswerte Evolution durchlaufen.
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1832), ein französischer Ingenieur und Physiker, legt mit seiner Arbeit den Grundstein für die Wärmelehre. 1824 beschreibt Carnot erstmals den idealen thermodynamischen Kreisprozess, der später als Carnot-Prozess bekannt wird. Seine Überlegungen waren zwar zunächst auf Dampfmaschinen ausgerichtet, bilden jedoch die theoretische Grundlage für alle späteren Entwicklungen in der Kältetechnik und der Wärmepumpe.
Erste praktische Anwendung: Die Wärmepumpe im Zürcher Rathaus
Eine der ersten dokumentierten Anwendungen der Wärmepumpentechnologie erfolgte 1937 im Zürcher Rathaus. Ingenieure nutzten dabei Wasser aus der nahegelegenen Limmat als Wärmequelle, um das Gebäude effizient zu beheizen. Dieses System basierte auf einem einfachen Prinzip: Die Wärme aus dem Flusswasser wurde mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und dann für die Raumheizung verwendet. Diese frühe Anwendung zeigte das enorme Potenzial der Technik und ist heute die älteste noch funktionierende Wärmepumpe.
Die ersten Wärmepumpen arbeiteten nach dem sogenannten Schließfachprinzip, das auf der physikalischen Eigenschaft beruht, bei der sich ein Gas beim Expandieren abkühlt und beim Komprimieren erwärmt. Dieses Prinzip wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts in der Kältetechnik genutzt, etwa für die Produktion von Eis.
Evolution der Technik: Fortschritte im 20. und 21. Jahrhundert
Mit der Entwicklung der Kompressionswärmepumpe begann eine neue Ära. Der Physiker und Ingenieur Carl von Linde spielte eine wichtige Rolle bei der Einführung von Kältemaschinen, die das Prinzip der Verdampfung und Kondensation von Kältemitteln nutzten. Er entwickelte 1876 die erste Ammoniak-Kompressionskältemaschine, die nicht nur in der Industrie, sondern auch für Heizzwecke genutzt werden konnte.
Das Funktionsprinzip der Kompressionswärmepumpe beruht auf einem geschlossenen Kreislauf: Ein Kältemittel wird in einem Verdampfer verdampft, wodurch es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Anschließend wird das gasförmige Kältemittel in einem Kompressor verdichtet, wodurch seine Temperatur steigt. Diese Wärme wird dann im Kondensator auf ein Heizsystem übertragen, bevor das Kältemittel wieder entspannt und der Kreislauf erneut beginnt.
Im Laufe des 20. Jahrhunderts wurden Wärmepumpen zunehmend effizienter und vielseitiger. Wichtige Meilensteine in der Entwicklung waren der Einsatz neuer Kältemittel, die Verbesserung der Effizienz und die Integration intelligenter Steuerungssysteme.
Heute ist die Wärmepumpe ein zentraler Bestandteil der globalen Energiewende. Sie ermöglicht die Nutzung von Umweltwärme auf hocheffiziente Weise und reduziert den CO₂-Ausstoß im Vergleich zu fossilen Heizsystemen erheblich. Moderne Wärmepumpen können nicht nur heizen, sondern auch kühlen und Warmwasser bereitstellen. Sie sind damit eine ganzheitliche Lösung für den Gebäudebereich.
Von Gero Gröschel