Air-Source Heat Pumps
An air-source heat pump takes thermal energy from the outside air and transfers it into a building.
Eine Luftwärmepumpe nimmt Wärmeenergie aus der Außenluft auf und überträgt sie in ein Gebäude.
It can do this even when the air outside feels cold because cold air still contains thermal energy.
Sie kann dies sogar tun, wenn sich die Außenluft kalt anfühlt, denn auch kalte Luft enthält noch Wärmeenergie.
The system uses a refrigerant, an evaporator, a compressor, a condenser and an expansion valve to move this energy through a continuous cycle.
Das System verwendet ein Kältemittel, einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil, um diese Energie in einem kontinuierlichen Kreislauf zu transportieren.
Air-source heat pumps are attractive because they can often be installed without drilling into the ground or accessing an underground water source.
Luftwärmepumpen sind attraktiv, weil sie häufig installiert werden können, ohne in den Boden bohren oder auf eine unterirdische Wasserquelle zugreifen zu müssen.
On this page, you will learn how an air-source heat pump works, what happens in cold weather, why efficiency changes and which factors influence its performance.
Auf dieser Seite lernen Sie, wie eine Luftwärmepumpe funktioniert, was bei kaltem Wetter geschieht, warum sich die Effizienz verändert und welche Faktoren ihre Leistung beeinflussen.
Air-Source Heat Pumps at a Glance
What Is an Air-Source Heat Pump?
An air-source heat pump is a heat pump that uses outside air as its main source of thermal energy.
Eine Luftwärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die Außenluft als Hauptquelle für Wärmeenergie nutzt.
The system does not simply take warm air from outside and blow it into the house.
Das System nimmt nicht einfach warme Außenluft auf und bläst sie in das Haus.
Instead, it extracts thermal energy from the air and transfers that energy through a refrigeration cycle.
Stattdessen entzieht es der Luft Wärmeenergie und überträgt diese Energie durch einen Kältekreislauf.
A refrigerant circulates between the outdoor unit and the rest of the heat-pump system.
Ein Kältemittel zirkuliert zwischen der Außeneinheit und dem übrigen Wärmepumpensystem.
The refrigerant absorbs heat outside, is compressed to increase its temperature and then releases useful heat inside the heating system.
Das Kältemittel nimmt draußen Wärme auf, wird verdichtet, um seine Temperatur zu erhöhen, und gibt anschließend nutzbare Wärme an das Heizsystem ab.
Key idea: An air-source heat pump does not create most of its heat from electricity. It uses electricity mainly to move thermal energy from outside to inside.
Grundidee: Eine Luftwärmepumpe erzeugt den größten Teil ihrer Wärme nicht direkt aus Strom. Sie verwendet Strom hauptsächlich dazu, Wärmeenergie von außen nach innen zu transportieren.
The Outdoor Unit
The outdoor unit is one of the most visible parts of an air-source heat-pump system.
Die Außeneinheit ist einer der sichtbarsten Teile eines Luftwärmepumpensystems.
It normally contains a large heat exchanger and a fan.
Sie enthält normalerweise einen großen Wärmetauscher und einen Ventilator.
The fan moves outside air across the heat exchanger.
Der Ventilator bewegt Außenluft über den Wärmetauscher.
Inside the heat exchanger, cold refrigerant absorbs thermal energy from the passing air.
Im Wärmetauscher nimmt kaltes Kältemittel Wärmeenergie aus der vorbeiströmenden Luft auf.
As the refrigerant absorbs energy, it evaporates and changes from a liquid into a gas.
Wenn das Kältemittel Energie aufnimmt, verdampft es und wechselt vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
For this reason, the outdoor heat exchanger is often called the evaporator during heating operation.
Aus diesem Grund wird der Außenwärmetauscher im Heizbetrieb häufig als Verdampfer bezeichnet.
Main Components
Several important components work together to move heat from the outside air into the building.
Evaporator
The refrigerant absorbs thermal energy from outside air and evaporates.
Compressor
The compressor increases the pressure and temperature of the refrigerant gas.
Condenser
The hot refrigerant releases useful heat to the building's heating system.
Expansion Valve
The expansion valve lowers the refrigerant pressure so that the cycle can begin again.
The Compressor Raises the Temperature
After the refrigerant has absorbed heat from the outside air, it enters the compressor as a gas.
Nachdem das Kältemittel Wärme aus der Außenluft aufgenommen hat, gelangt es als Gas in den Kompressor.
The compressor compresses the refrigerant gas.
Der Kompressor verdichtet das Kältemittelgas.
As the pressure rises, the temperature of the refrigerant also increases.
Wenn der Druck steigt, erhöht sich auch die Temperatur des Kältemittels.
The refrigerant can now reach a temperature high enough to transfer heat into the building.
Das Kältemittel kann nun eine Temperatur erreichen, die hoch genug ist, um Wärme an das Gebäude abzugeben.
The compressor is normally one of the main consumers of electricity in the heat-pump system.
Der Kompressor ist normalerweise einer der größten Stromverbraucher im Wärmepumpensystem.
Modern systems can adjust compressor output instead of operating only at full power or switching completely off.
Moderne Systeme können die Leistung des Kompressors anpassen, anstatt nur mit voller Leistung zu arbeiten oder vollständig abzuschalten.
The Air-Source Heat-Pump Cycle
The refrigerant repeatedly moves through the same cycle.
How Does the Heat Reach the Rooms?
After compression, the hot refrigerant moves to another heat exchanger.
Nach der Verdichtung gelangt das heiße Kältemittel zu einem weiteren Wärmetauscher.
Here it transfers thermal energy to the building's heating system.
Dort überträgt es Wärmeenergie auf das Heizsystem des Gebäudes.
In an air-to-water heat pump, this energy is normally transferred to water.
Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe wird diese Energie normalerweise auf Wasser übertragen.
The heated water can then flow through underfloor heating or radiators.
Das erwärmte Wasser kann anschließend durch eine Fußbodenheizung oder Heizkörper fließen.
The system may also heat water for domestic use, depending on its design.
Je nach Ausführung kann das System auch Warmwasser für den Haushalt erzeugen.
As the refrigerant gives up its heat, it condenses and becomes liquid again.
Während das Kältemittel seine Wärme abgibt, kondensiert es und wird wieder flüssig.
It then passes through the expansion valve, its pressure falls, and it becomes cold enough to absorb heat from outside air again.
Anschließend strömt es durch das Expansionsventil, der Druck sinkt, und es wird wieder kalt genug, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen.
Can a Heat Pump Work When It Is Cold Outside?
Yes. Outside air still contains thermal energy even when the temperature is below zero degrees Celsius.
Ja. Außenluft enthält auch dann noch Wärmeenergie, wenn die Temperatur unter null Grad Celsius liegt.
The refrigerant in the evaporator can be colder than the outside air.
Das Kältemittel im Verdampfer kann kälter sein als die Außenluft.
Heat can therefore still flow from the outside air into the refrigerant.
Wärme kann daher weiterhin von der Außenluft in das Kältemittel übertragen werden.
However, the colder the outside air becomes, the more difficult the job normally becomes for the heat pump.
Je kälter die Außenluft wird, desto schwieriger wird die Aufgabe normalerweise für die Wärmepumpe.
The compressor may need to work harder to reach the required heating temperature.
Der Kompressor muss möglicherweise stärker arbeiten, um die erforderliche Heiztemperatur zu erreichen.
This can reduce the system's efficiency.
Dadurch kann die Effizienz des Systems sinken.
Important: Cold weather does not mean that there is “no heat” in the air. It means that extracting and raising the temperature of that heat becomes more demanding.
Wichtig: Kaltes Wetter bedeutet nicht, dass „keine Wärme“ in der Luft vorhanden ist. Es bedeutet, dass das Aufnehmen und Anheben der Temperatur dieser Wärme anspruchsvoller wird.
Why Does Frost Form on the Outdoor Unit?
During cold and humid weather, frost can form on the outdoor heat exchanger.
Bei kaltem und feuchtem Wetter kann sich Frost auf dem Außenwärmetauscher bilden.
The evaporator can become colder than the surrounding air.
Der Verdampfer kann kälter werden als die umgebende Luft.
Moisture from the air can then condense on the heat exchanger and freeze.
Feuchtigkeit aus der Luft kann dann am Wärmetauscher kondensieren und gefrieren.
Too much ice would reduce airflow and make heat transfer more difficult.
Zu viel Eis würde den Luftstrom verringern und die Wärmeübertragung erschweren.
For this reason, air-source heat pumps can use a defrost cycle.
Aus diesem Grund können Luftwärmepumpen einen Abtauzyklus verwenden.
During defrosting, the system temporarily changes operation so that heat can melt the ice on the outdoor unit.
Während des Abtauens verändert das System vorübergehend seinen Betrieb, damit Wärme das Eis an der Außeneinheit schmelzen kann.
Defrosting uses energy, so frequent defrost cycles can affect overall efficiency.
Das Abtauen benötigt Energie, sodass häufige Abtauzyklen die Gesamteffizienz beeinflussen können.
What Determines Efficiency?
The efficiency of an air-source heat pump changes with operating conditions.
Die Effizienz einer Luftwärmepumpe verändert sich mit den Betriebsbedingungen.
One important factor is the difference between the outside temperature and the temperature required by the heating system.
Ein wichtiger Faktor ist der Unterschied zwischen der Außentemperatur und der vom Heizsystem benötigten Temperatur.
If the outside air is relatively mild and the building only needs low-temperature heating water, the heat pump can usually operate more efficiently.
Wenn die Außenluft relativ mild ist und das Gebäude nur Heizwasser mit niedriger Temperatur benötigt, kann die Wärmepumpe normalerweise effizienter arbeiten.
If the outside air is very cold and the heating system requires very hot water, the compressor has to create a much larger temperature difference.
Wenn die Außenluft sehr kalt ist und das Heizsystem sehr heißes Wasser benötigt, muss der Kompressor einen wesentlich größeren Temperaturunterschied erzeugen.
Building insulation, radiator size, underfloor heating, system design and control settings also influence performance.
Gebäudedämmung, Heizkörpergröße, Fußbodenheizung, Systemauslegung und Steuerungseinstellungen beeinflussen ebenfalls die Leistung.
A useful principle is: the smaller the temperature lift required, the easier the job is for the heat pump.
Ein nützliches Prinzip lautet: Je geringer die erforderliche Temperaturerhöhung, desto leichter ist die Aufgabe für die Wärmepumpe.
Air-Source Heat Pumps in Older Buildings
Air-source heat pumps are often associated with new buildings, but they can also be used in many existing homes.
Luftwärmepumpen werden häufig mit Neubauten in Verbindung gebracht, können aber auch in vielen bestehenden Häusern eingesetzt werden.
The age of the building alone does not determine whether a heat pump will work well.
Das Alter des Gebäudes allein entscheidet nicht darüber, ob eine Wärmepumpe gut funktionieren wird.
More important questions include how much heat the building loses and what water temperature the radiators require.
Wichtiger sind Fragen wie viel Wärme das Gebäude verliert und welche Wassertemperatur die Heizkörper benötigen.
Improving insulation can reduce the amount of heat a building needs.
Eine Verbesserung der Dämmung kann den Wärmebedarf eines Gebäudes reduzieren.
Larger radiators can often provide the same room temperature while using cooler heating water.
Größere Heizkörper können häufig dieselbe Raumtemperatur mit kühlerem Heizwasser bereitstellen.
Underfloor heating is particularly suitable because its large surface area allows it to operate at relatively low temperatures.
Eine Fußbodenheizung eignet sich besonders gut, weil ihre große Oberfläche den Betrieb mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen ermöglicht.
Advantages and Limitations
One major advantage of an air-source heat pump is that installation is generally simpler than for a ground-source system.
Ein großer Vorteil einer Luftwärmepumpe besteht darin, dass die Installation im Allgemeinen einfacher ist als bei einem Erdwärmesystem.
There is normally no need for deep boreholes or large underground collector systems.
Normalerweise sind keine tiefen Bohrungen oder großen unterirdischen Kollektorsysteme erforderlich.
This can reduce installation complexity and initial cost.
Dies kann die Komplexität der Installation und die Anfangskosten reduzieren.
However, outside air changes temperature much more than the ground does.
Die Außenluft verändert ihre Temperatur jedoch wesentlich stärker als der Boden.
This means the operating conditions of an air-source heat pump vary significantly through the year.
Dies bedeutet, dass sich die Betriebsbedingungen einer Luftwärmepumpe im Jahresverlauf deutlich verändern.
The outdoor fan and compressor can also produce sound, so the location of the outdoor unit should be considered carefully.
Der Außenventilator und der Kompressor können außerdem Geräusche erzeugen, weshalb der Standort der Außeneinheit sorgfältig gewählt werden sollte.
Key Vocabulary – Air-Source Heat Pumps
| English | German | Meaning |
|---|---|---|
| air-source heat pump | Luftwärmepumpe | a heat pump that extracts thermal energy from outside air |
| outdoor unit | Außeneinheit | the part of the heat-pump system located outside the building |
| evaporator | Verdampfer | the heat exchanger where refrigerant absorbs heat and evaporates |
| compressor | Kompressor / Verdichter | the component that compresses refrigerant gas |
| condenser | Kondensator / Verflüssiger | the heat exchanger where refrigerant releases heat and condenses |
| expansion valve | Expansionsventil | a component that reduces refrigerant pressure |
| refrigerant | Kältemittel | the fluid that carries heat through the refrigeration cycle |
| defrost cycle | Abtauzyklus | a process used to remove ice from the outdoor heat exchanger |
| airflow | Luftstrom | the movement of air through or around a system |
| thermal energy | Wärmeenergie | energy associated with temperature and heat |
| flow temperature | Vorlauftemperatur | the temperature of water supplied to the heating system |
| heat loss | Wärmeverlust | heat that escapes from a building |
| underfloor heating | Fußbodenheizung | a heating system installed beneath the floor |
| operating conditions | Betriebsbedingungen | the conditions under which a machine or system operates |
| efficiency | Effizienz | how effectively energy is used |
Knowledge Quiz
Test how well you understood air-source heat-pump technology.
1. Where does an air-source heat pump obtain thermal energy?
2. What does the fan in the outdoor unit do?
3. What happens to the refrigerant in the evaporator?
4. What does the compressor increase?
5. Can an air-source heat pump work below 0°C outside?
6. Why can efficiency fall in very cold weather?
7. Why is a defrost cycle sometimes necessary?
8. Which heating system often works well with lower water temperatures?
9. Which factors can influence heat-pump performance?
10. What is one advantage of an air-source heat pump compared with a ground-source system?
English Quiz – Heat Pump Vocabulary & Grammar
Practise the English needed to explain air-source heat pumps.
1. An air-source heat pump _____ heat from outside air.
2. The fan moves air _____ the heat exchanger.
3. The refrigerant _____ through the system.
4. The compressor increases the pressure _____ the refrigerant.
5. Heat _____ from the refrigerant to the heating system.
6. Heat pumps can operate _____ cold weather.
7. Frost can _____ on the outdoor heat exchanger.
8. The efficiency depends _____ the operating conditions.
9. Modern heat pumps _____ become more sophisticated.
10. Better insulation can _____ the amount of heat a building needs.
Talk About Air-Source Heat Pumps
Use these questions to practise explaining technical ideas and giving your opinion in English.
Useful English for Talking About Heat Pumps
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Heat pumps are part of a much larger energy system that also includes renewable electricity, batteries, smart grids, hydrogen and electric vehicles.
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Heating technology connects with renewable energy, batteries, artificial intelligence, smart grids and the wider electrification of society.
Learn English Through Heat-Pump Technology
An air-source heat pump gives us a good example of how a relatively simple idea can involve several different areas of technology.
We can talk about airflow, pressure, temperature, refrigerants, electricity, buildings, efficiency and intelligent energy systems.
Understanding the system gives you the technical knowledge. Explaining the system gives you the English.
Learn the vocabulary.
Explain the technology in English.