Grundlagen der Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe kann eine umweltfreundliche und effiziente Heizmöglichkeit sein, wenn Anlage, Gebäude und Strommix zusammenpassen. Einfach ausgedrückt funktioniert eine Wärmepumpe wie ein Kühlschrank in umgekehrter Richtung. Die Wärmepumpe entzieht Wärme aus der Umgebung (etwa der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich), über ein Kältemittel und einen Verdichter wird die Temperatur dann erhöht und schließlich an den Heizkreislauf abgegeben.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Wärmepumpe nutzt kostenlose Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser und braucht nur Strom für den Antrieb.
- Aus einer Kilowattstunde Strom werden je nach Anlage rund drei bis vier Kilowattstunden Heizwärme.
- Entscheidend für die Effizienz ist eine niedrige Vorlauftemperatur – ideal sind gut gedämmte Gebäude und Flächenheizungen.
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Das simple Prinzip der Wärmepumpe
Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist ein ziemlich einfaches und überdies altbekanntes Prinzip. Allen längst bekannt aus der Kühltechnik, die schon seit den 1950er Jahren zur Standardausstattung einer jeden Küche gehört. Lediglich die Verwendung dieser Technik zum Betreiben einer Heizung ist eine andere. Ein Kühlschrank entzieht mit Hilfe eines Wärmetauschers dem Inneren die Wärme, um so Speisen und Getränke schön kühl zu halten. Die entzogene Wärme wird als Abwärme nach außen abgeführt. Bei der Wärmepumpe ist es ähnlich, nur dass die entzogene Wärme – in diesem Fall aus dem Inneren der Erde, der Luft oder dem Grundwasser – nicht ungenutzt in die Umgebung abgeführt wird.
Sie wird durch die Wärmepumpe genutzt, um damit ein so genanntes Arbeitsmedium auf eine für Heizzwecke nötige Temperatur zu bringen. Eine effizient ausgelegte Wärmepumpe kann Ressourcen schonen, denn sie erzeugt aus einer Kilowattstunde Strom mehrere Kilowattstunden Heizwärme. Hinzu kommt, dass die finanziellen Aspekte je nach Gebäude, Stromtarif und Förderung attraktiv sein können – etwa durch staatliche Fördermöglichkeiten und gegebenenfalls Ergänzungskredite.
So funktioniert die Wärmepumpe – der Kreisprozess
Verdampfen
Die Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Wasser erwärmt ein Kältemittel, das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft.
Verdichten
Ein elektrisch angetriebener Verdichter komprimiert den Kältemitteldampf – dabei steigt seine Temperatur deutlich an.
Verflüssigen
Im Verflüssiger gibt das heiße Kältemittel seine Wärme an das Heizwasser ab und wird dabei wieder flüssig.
Entspannen
Ein Expansionsventil senkt den Druck, das Kältemittel kühlt ab – und der Kreislauf beginnt von vorn.
Warum Erdwärme günstig heizt
Angesichts der immer höher kletternden Preise für konventionelle Brennstoffe gewinnen alternative Energiequellen zunehmend an Attraktivität. Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser ist zwar nicht zu kaufen, ihre Nutzung hängt aber von Anlage, Standort und Genehmigungen ab. Ob damit günstiger geheizt wird als mit Gas oder Öl, entscheidet vor allem die Jahresarbeitszahl in Verbindung mit den aktuellen Energiepreisen.
Zwar benötigt eine Wärmepumpe zum Betrieb Strom; die Stromkosten sind aber nur dann niedriger als bei Gas oder Öl, wenn Anlage und Gebäude ausreichend effizient zusammenspielen. Aus einer Kilowattstunde Strom gewinnt eine gut ausgelegte Wärmepumpe je nach Anlage und Gebäude rund drei bis vier Kilowattstunden Heizwärme – wie effizient sie arbeitet, drückt die Jahresarbeitszahl (JAZ) aus. Zudem sind Wärmepumpen deutlich umweltfreundlicher als fossile Heizungen.
Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen
Wärmepumpen können die Wärme aus verschiedenen Wärmequellen nutzen. Zum einen die im Erdreich gespeicherte Wärme, die entweder dicht unter der Erdoberfläche mit Flächenkollektoren oder tief im Inneren der Erde durch Erdsonden gefördert wird. Hier spricht man von so genannten Sole-Wasser-Wärmepumpen, besser bekannt als Erdwärmepumpen, bzw. Erdwärmeheizungen.
Dann gibt es noch die Möglichkeit, Außenluft für Heizzwecke nutzbar zu machen. Eine Luft-Luft-Wärmepumpe gibt die Wärme direkt an die Raumluft ab und bereitet kein Warmwasser; sie kann mit, muss aber nicht zwingend als klassisches Lüftungssystem betrieben werden. Gängiger ist hingegen die Luft-Wasser-Wärmepumpe, die Außenluft nutzt und die Wärme an den Heizwasserkreislauf abgibt.
Auch das Grundwasser hält genügend Wärme bereit, um diese für Heizzwecke zu nutzen. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Grundwasserwärme, die mit Hilfe eines speziellen Brunnensystems gefördert wird. Ob vorhandene Brunnen genutzt werden können, muss im Einzelfall wasserrechtlich und hydrogeologisch geprüft werden; häufig sind ein Förder- und ein Schluckbrunnen erforderlich.
Welche Art der Wärmepumpe
Welche Wärmepumpe sich für den jeweiligen Einsatzzweck eignet, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Sowohl die Anschaffungskosten unterscheiden sich bei den verschiedenen Arten der Wärmepumpe teils ganz erheblich voneinander, als auch die Betriebskosten (Wartung, Strom). Während Luftwärmepumpen zwar mit geringeren Anschaffungskosten aufwarten, sind die Betriebskosten vergleichsweise hoch.
Anders sieht es bei den Erdwärmepumpen aus. Hier liegen die Anschaffungskosten deutlich höher, dafür kommen deutlich geringere Betriebskosten auf den Betreiber zu. Hinsichtlich Genehmigung, Förderung und Anforderung an das Gebäude unterscheiden sich die einzelnen Wärmepumpenarten ebenfalls stark voneinander. Luftwärmepumpen brauchen meist keine behördliche Genehmigung; der elektrische Anschluss wird jedoch über den Fachbetrieb beim Netzbetreiber angemeldet. Bei Erdwärme- oder Grundwasseranlagen sind je nach System wasserrechtliche Erlaubnisse oder Anzeigen erforderlich. Nicht zuletzt eignet sich längst nicht jede Wärmepumpe für jedes Gebäude!
Wann lohnt sich eine Wärmepumpe?
Ob sich eine Wärmepumpe rechnet, entscheidet vor allem die nötige Vorlauftemperatur des Heizsystems: Je niedriger sie ausfällt, desto effizienter arbeitet die Anlage. Flächenheizungen wie eine Fußbodenheizung sind ideal, aber auch viele Altbauten lassen sich nach einer Heizlastberechnung und gegebenenfalls dem Austausch einzelner Heizkörper gut mit einer Wärmepumpe versorgen. Als zentrale Technik der klimafreundlichen Wärmeversorgung wird sie zudem weiterhin staatlich gefördert – die jeweils aktuellen Konditionen bündelt unser Fördermittel-Ratgeber.
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