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Die Wärmepumpe – Alles, was Sie vor der Anschaffung wissen sollten.

Die Wärmepumpe

Wenn es um die Beheizung der eigenen vier Wände geht, fällt es vielen Hausbesitzern schwer, die passende Heiztechnik zu finden. Eine Alternative bei unsicheren Brennstoffkosten ist eine Wärmepumpe. Sie nutzt die in Luft, Erde oder Wasser gespeicherte Wärmeenergie, um für behagliche Wärme im eigenen Zuhause zu sorgen. Wie Wärmepumpen funktionieren, welche Typen es gibt und eine Kostenübersicht, erfahren Sie im folgenden Beitrag.

Der Beitrag ist in die Inhalte gegliedert:

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Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Heizgerät, das in der Umgebung gespeicherte Wärmeenergie nutzt, um ein Gebäude zu heizen. Anders als bei Holz-, Öl- oder Gasheizungen geschieht dies jedoch nicht durch Verbrennung, sondern durch einen aufwendigen technischen Vorgang. Wie bei Kühlschränken ist es wichtig, die Wärmeenergie von niedrigen Temperaturen auf höhere Niveaus anzuheben. In Kühlschränken bleibt der Innenraum dadurch angenehm kühl, während Prozesse in Wärmepumpen die Nutzung der Umgebungswärme im Heizsystem ermöglichen.

Wärmepumpe

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Alle Arten von Wärmepumpen basieren auf einer grundlegenden Funktion. Folgende Komponenten kommen zum Einsatz: zwei Wärmetauscher, ein Kompressor, ein Expansionsventil. Zusätzlich sind Wärmenutzungssysteme (d. h. geschlossene Rohrnetze) wichtig, um Wärme zu gewünschten Bereichen im Gebäude zu leiten. Wie in der Abbildung unten gezeigt, läuft der Prozess in einer Schleife ab.

Wärmepumpe

Der erste Wärmetauscher (Verdampfer) überträgt Wärmeenergie aus Luft, Erdreich oder Wasser auf das Kältemittel, das aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen verdampft. Dies ist Voraussetzung für den zweiten Schritt des Wärmepumpenprozesses. Denn in diesem Fall erhöht der Kompressor den Druck des dampfförmigen Kältemittels, bis seine Temperatur höher ist als die Temperatur des Heizsystems.

Nur so kann auch Wärme über einen zusätzlichen Wärmetauscher (Kondensator) an das Heizsystem abgegeben werden. Kühlt das Kältemittel ab, sinkt sein Druck und das Medium wird langsam wieder flüssig. Nach vollständiger Regeneration fließt das Kältemittel durch das Expansionsventil zurück zum Verdampfer, der Druck wird wieder auf den ursprünglichen Zustand gebracht und der Wärmepumpenprozess beginnt von neuem. Je höher der Wirkungsgrad der Wärmepumpe, desto geringer der Temperaturanstieg von hauptsächlich elektrischen Kompressoren. Wärmepumpen arbeiten immer dann besonders wirtschaftlich, wenn Wärmeenergie bei hohen Temperaturen aus der Umgebung gewonnen werden kann und die Temperaturen im Heizsystem niedrig sind.

Was für Arten der Wärmepumpe gibt es?

Je nach Standort Ihres Gebäudes kann die Umgebungsenergie für eine Wärmepumpe aus unterschiedlichen Quellen bezogen werden. Die thermische Energie kann bezogen werden aus:

  • Luft
  • Boden
  • Grundwasser

Darüber hinaus gibt es spezielle Anlagen wie Abwasserwärmepumpen, die sogar thermische Energie aus Abwasser gewinnen können.

Thermische Energie aus der Luft als Energiequelle

Luft ist die einfachste Umgebungsenergiequelle, die mit einer Wärmepumpe genutzt werden kann. Denn dazu wird lediglich eine Vorrichtung zum Ansaugen und Abführen von Außenluft benötigt. Wenn im Gebäude eine Luft/Wasser-Wärmepumpe installiert werden soll, kann die Heizung zu den Lüftungsgittern an den Außenwänden geführt werden. Bei Außenaufstellung kann auch bei Wegfall dieser Kanäle die Wärmeenergie der Luft direkt der Umgebung entzogen werden.

Besonderheiten: Beim Energieträger Luft ist zu berücksichtigen, dass diese im Winter – der Zeit des größten Heizbedarfs – meist nur bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zur Verfügung steht. Deshalb muss der Wärmetauscher, durch den die kalte Außenluft strömt, immer frostfrei gehalten werden.

Folge: Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe sinkt.

 

Mit Erdwärme heizen und wie das funktioniert

Wie in der Luft ist auch im Erdreich thermische Energie gespeichert, die Sie mit einer Sole-wasser-Wärmepumpe erwärmen können. Dies wird durch im Boden verlegte Rohre erreicht, die das Wasser-Frostschutz-Gemisch zirkulieren lassen. Diese Flüssigkeit, Sole genannt, entzieht der Erde Wärme und leitet sie an eine Wärmepumpe weiter.

Je nach Platz- und Bodenverhältnissen können beispielsweise Leitungen in Form von Erdwärmesonden oder Flachkollektoren installiert werden. Beim Bohren der Sonde wird ein Kunststoffrohr (Sonde) in ein bis zu 100 Meter tiefes Bohrloch eingebaut. Während etwa 50 Watt thermische Energie pro Meter Erdreich entnommen werden können, bräuchte man zur Beheizung eines modernen Gebäudes, das sich in mehrere Bohrlöcher aufteilen lässt, eine Tiefe von etwa 150 Metern. Ist eine Erkundungsbohrung aus technischen oder rechtlichen Gründen nicht möglich, können Sie die Wärmeenergie der Erde auch direkt unter der Erdoberfläche gewinnen – mit Oberflächenkollektoren. Ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung werden Rohre bis zu einer Tiefe von etwa 1,50 Metern verlegt. Während jeder Quadratmeter etwa 25 Watt aus dem Boden verbraucht, benötigen Sie insgesamt etwa 350 Quadratmeter, um ein modernes Einfamilienhaus zu beheizen.

Besonderheiten: Im Vergleich zur Luft kann Wärme ganzjährig bei höheren Temperaturen aus dem Erdreich gewonnen werden. Das erhöht die Effizienz der Wärmepumpe und reduziert die entstehenden Heizkosten. Tiefbohrungen sind jedoch genehmigungspflichtig und nicht überall erlaubt.

 

Die Energie aus dem Grundwasser nutzen

Wie in Luft oder im Erdreich ist auch im Grundwasser thermische Energie gespeichert. Sie können es durch zwei Brunnen nutzen, die Wasser aus der Tiefe zu einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe und zurück in den Boden transportieren. Es ist wichtig, dass die Brunnen in einem Mindestabstand zur Grundwasserströmungsrichtung installiert werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass abgekühltes Grundwasser nicht wieder zum Heizgerät gelangt. Ob die Wärmepumpenheizung direkt Grundwasser nutzen kann, wird nach Prüfung der Wasserqualität festgestellt. Denn die verschiedenen chemischen Komponenten setzen den Wärmetauscher stark unter Druck und schränken seine Funktion ein.

Besonderheiten: Die im Grundwasser gespeicherte Wärmeenergie ist im Vergleich zu Luft und Erde aufgrund der ganzjährig konstanten Temperatur eine der effizientesten Quellen von Wärmepumpen. Die Nutzung erfordert jedoch eine Lizenz und ist nicht überall erlaubt.

Was kostet eine Wärmepumpe?

Der größte Unterschied zeigt sich in der Wahl der Umweltenergie. Während Luft/Wasser-Wärmepumpen für die Innen- oder Außenaufstellung kaum zusätzliche Technik benötigen, müssen bei Sole-Wärmepumpen auch Erdsonden oder Flachkollektoren bezahlt werden. In der Regel ergeben sich Kosten von etwa 60 bis 80 Euro pro Meter Tiefenbohrung bzw. 10 bis 20 Euro pro Quadratmeter Erdkollektor. Bei einer Wasserwärmepumpe fallen Kosten für das Bohren von zwei Brunnen an, die das Grundwasser zum Heizgerät und zurück ins Erdreich führen. Bei einem typischen Einfamilienhaus liegen diese Beträge bei etwa 5.000 bis 6.000 Euro.

 

Kosten für die Wärmepumpe selbst

Die Wärmepumpe selbst besteht unabhängig von der umgebenden Energiequelle aus den gleichen Komponenten. Die Kosten für die Nutzung in einem Einfamilienhaus liegen bei etwa 8.000 bis 12.000 Euro, diese Kosten können jedoch durch Wärmepumpen-Förderungen unterstützt werden. Die Preise variieren je nach Region, Hersteller und Dienstleister und stellen daher nur grobe Kostenschätzungen dar.

 

Kosten für den Betrieb einer Wärmepumpe

Da die meisten Wärmepumpen elektrisch arbeiten, fallen auch Stromrechnungen an. Die Höhe der Betriebskosten hängt von der gewählten Umgebungsenergie, dem Energieprofil des Gebäudes und der Art der Wärmeabgabe an den Raum ab und kann nur für jedes Gebäude individuell festgelegt werden.

Kann die Wärmepumpe in die bestehende Gebäudetechnik integriert werden?

Wärmepumpen können in Kombination mit verschiedenen Heizsystemen eingesetzt werden. So können Sie beispielsweise neben Wärmepumpen auch Gasheizungen im Neubau planen. Er kann als Spitzenlastkessel eingesetzt werden, wenn es im Winter draußen sehr kalt ist oder wenn über mehrere Tage überdurchschnittlich viel Wärme benötigt wird. Auch die Ergänzung bestehender Gasheizungen durch neue Wärmepumpen ist möglich. Damit rüsten Sie Ihr Zuhause zukunftsfähig auf und können auch staatliche Förderungen beantragen.

 

Auch Kombinationen mit regenerativen Wärmeerzeugern wie Pelletsheizungen oder Solaranlagen sind möglich. Bei letzterem können Sie die Wärmepumpe wahlweise mit einer Solarthermie- oder einer Photovoltaikanlage ergänzen. In beiden Fällen nutzen Sie eine weitere Umgebungsenergiequelle, die Sonnenstrahlen, und reduzieren so die CO2-Emissionen aus dem Betrieb des Systems weiter.

Die Solarthermieanlage unterstützt die Bereitstellung der Warmwasserbereitung. Unter günstigen Bedingungen können Sie die Wärmepumpe im Sommer sogar komplett abschalten. Entscheiden Sie sich für Photovoltaik, benötigen Sie nur den Strom, den Sie zur Erzeugung der Wärmepumpe auf dem Dach benötigen. Dadurch sind Sie unabhängiger von Ihrem Energieversorger und können bestimmen, woher Ihr Strom kommt. In beiden Fällen können Sie auch die Heizkosten senken.

Welche Vor- und Nachteile hat eine Wärmepumpe?

Vorteile Nachteile
Geringe Heizkosten
Vergleichsweise hohe Anschaffungskosten
Unabhängigkeit von Preisschwankungen fossiler Energieträger
Höherer Aufwand durch Genehmigungen
Finanzierung über staatliche Fördermittel möglich
Hohe Stromkosten bei fehlerhafter Planung
Wartungsarmer Betrieb
Mehr Geräusche bei ungünstiger Außenaufstellung
Schonung fossiler Ressourcen
CO₂-freier Betrieb

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