Vor- und Nachteile der Wärmepumpen-Typen

1. Wärmepumpen: Unterscheidung nach Art der Energiegewinnung

Alle Wärmepumpen ziehen Wärmeenergie aus der Umgebung ab und erhöhen diese durch einen Kompressor. Woher genau die Wärme kommt, ist jedoch unterschiedlich. Deshalb unterscheidet man die einzelnen Typen nach der Art der Energiegewinnung: Luftwärmepumpen entnehmen die Wärme aus der Raum- oder Umgebungsluft, Erdwärmepumpen zapfen die Temperatur in der Erde an und Grundwasserwärmepumpen beziehen die Wärmeenergie aus dem Grundwasser. Für einen leichteren Überblick haben wir Ihnen hier kompakt die Daten zu den einzelnen Systemen zusammenstellt.

	1.1. Kurzinfo Luftwärmepumpe
Prinzip	Aerothermie: Die Wärmepumpe nutzt Wärme aus der Umgebungsluft, entweder innerhalb des Gebäudes (zum Beispiel im Heizungskeller oder der Waschküche) oder aus dem Außenbereich. Innerhalb der Luftwärmepumpe wird die Temperatur weiter erhöht.
Ausführungen	• Luft-Luft-Wärmepumpe: Die Luft wird direkt als Wärmeträger verwendet und in das Heizungssystem eingeleitet. • Luft-Wasser-Wärmepumpe: Die Wärme der Luft wird auf ein Kältemittel übertragen. • Split-Wärmepumpe: Eine Außen- und eine Inneneinheit werden kombiniert.
Einsatzgebiete	Luftwärmepumpen sind nur in Verbindung mit einer Niedrigtemperaturheizung (Wandflächen- oder Fußbodenheizung) und bei einem gut isolierten Haus effizient zu betreiben. Alternativ eignen sie sich auch als Warmwasser-Wärmepumpe" >Brauchwasser-Wärmepumpe, also zum Erhitzen des Warmwassers für die Nutzung im Haus.
Jahresarbeitszahl	Die durchschnittliche JAZ (also die Effizienz unter realen Bedingungen) der im Neubau betriebenen Luftwärmepumpen liegt bei 2,9. Das bedeutet: Aus 1 kW Strom können 2,9 kW Wärme produziert werden.
Kosten	Gesamt-Preis meist zwischen 12.000 und 15.000
Vorteile	• geringere Anschaffungspreise als Grundwasser- oder Erdwärmepumpen • flexibel innen und außen einsetzbar • geringe Wartung • keine Abhängigkeit von Öl oder Gas
Nachteile	• Effizienz nicht ganzjährig gleichbleibend (vor allem bei Nutzung von Außenluft) • geringerer Wirkungsgrad als bei anderen Wärmepumpen • weiterhin Abhängigkeit von den Stromkosten
Ausführliche Informationen zu Luftwärmepumpen erhalten Sie hier.​

	1.2. Kurzinfo Erdwärmepumpe
Prinzip	Geothermie: Die Wärmepumpe nimmt Wärme aus dem Erdreich auf und überträgt sie auf ein Kältemittel. Dieses wird innerhalb der Wärmepumpe weiter erhitzt.
Ausführungen	• Wärmeaufnahme über Erdkollektoren, die flächig knapp unter der Erde verlegt werden • Wärmeaufnahme über Erdsonden, die senkrecht bis zu 100 Meter tief in die Erde reichen
Einsatzgebiete	Erdwärmepumpen müssen (wie auch die meisten anderen Wärmepumpen) als Niedertemperaturheizung betrieben werden, also in Kombination mit einer Flächenheizung (Fußboden- oder Wandheizung). Die Vorlauftemperatur liegt bei etwa 45 bis 50 °C.
Jahresarbeitszahl	Die durchschnittliche JAZ der im Neubau betriebenen Luftwärmepumpen liegt bei 3,9.
Kosten	Mit Bohrarbeiten kommen Sie auf etwa 13.000 bis 19.000 Euro.
Vorteile	• hohe Effizienz • Umweltschutz durch Nutzung von kostenloser Erdwärme • keine Abhängigkeit von Öl oder Gas • geringe Wartung
Nachteile	• höhere Anschaffungskosten als bei herkömmlichen Heizsystemen • teure Bohrung • weiterhin Abhängigkeit von den Stromkosten
Ausführliche Informationen zu Erdwärmepumpen erhalten Sie hier.​

	1.3. Kurzinfo Grundwasserwärmepumpe
Prinzip	Hydrothermie: Die Wärmeenergie des oberflächennahen Grundwassers wird nutzbar gemacht. Dazu werden zwei Brunnen gebohrt. Aus einem wird das Grundwasser entnommen und durch den zweiten wird es (in abgekühlter Form) wieder der Natur zugeführt.
Ausführungen	• Direktbetrieb: Das Grundwasser selbst wird zur Wärmepumpe geleitet und weiter erhitzt. • Mit Kältemittel: Das Grundwasser wird durch einen Zwischenwärmetauscher geleitet, wo die Wärmeenergie auf ein Kältemittel übertragen wird.
Einsatzgebiete	Wie alle Wärmepumpen sollte auch diese Variante in Heizsystemen mit einem niedrigen Heizungsvorlauf zum Einsatz kommen.
Jahresarbeitszahl	Bei den Grundwasserwärmepumpen liegt die Jahresarbeitszahl besonders hoch. Teilweise kommt sie bis über 5.
Kosten	Mit den Bohrarbeiten kommen Sie auf etwa 16.000 bis 17.000 Euro. Je nach Gegebenheiten können die Bohrkosten jedoch auch deutlich höher liegen, dann sinkt natürlich die Rentabilität.
Vorteile	• höchster Wirkungsgrad aller Wärmepumpen • dadurch geringe Betriebskosten • umweltfreundlich • keine Abhängigkeit von Rohstoffpreisen
Nachteile	• nicht überall machbar (passende Qualität, Tiefe und Fließgeschwindigkeit des Grundwassers muss vorliegen) • wasserrechtliche Erlaubnis ist nötig (und setzt mehrtägige Probebohrungen voraus) • teure und aufwendige Bohrungen
Ausführliche Informationen zu Grundwasserwärmepumpen erhalten Sie hier.​

1.4. Welche Wärmepumpe ist die Richtige für mich?

Das folgende Video erklärt in sechs Minuten, welche Wärmepumpe sich für welchen Fall am besten eignet:

Weitere technische Infos auch unter: Exkurs 16: Wärmepumpen und Strombedarf zur Wärmeerzeugung

2. Arten von Wärmepumpen nach Funktionsweise

Im ersten Teil des Textes haben wir Wärmepumpen danach unterschieden, woher sie ihre Wärmeenergie holen. Es gibt jedoch noch eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit, nämlich nach ihrer Funktionsweise. Wir erklären Ihnen die einzelnen Varianten.

2.1. Kompressionswärmepumpe

Kompressionswärmepumpen sind die am häufigsten genutzte Form moderner Wärmepumpen in Ein- oder Zweifamilienhäusern. Wie schon erwähnt, kann die Wärme aus der Luft, aus der Erde oder dem Grundwasser kommen.

Diese Wärme reicht natürlich längst nicht aus, um damit ein Haus zu beheizen. Deshalb muss die Temperatur in der Wärmepumpe noch erhöht werden. Dafür nutzt man in den meisten Fällen ein Kältemittel (auch Sole genannt), auf das die Wärme übertragen wird. Dieses ist so gewählt, dass es bereits bei sehr geringen Temperaturen verdampft.

Mit einem Kompressor wird dieses gasförmige Kältemittel dann immer weiter verdichtet, wodurch die Temperatur ansteigt. Um eine solche Kompressionswärmepumpe betreiben zu können, muss zunächst Energie zugeführt werden, mit der ein Kompressor das gasförmige Kältemittel verdichten kann. Hier kommt also der Stromverbrauch der Wärmepumpe her:

Die Energie wird benötigt, um den Kompressor zu betreiben und dadurch die Temperatur auf eine nutzbare Höhe zu bringen. In der Regel muss etwa ein Fünftel bis ein Drittel der entstehenden Wärmeenergie in Form von elektrischer Energie zugeführt werden.

Ist das Kältemittel dann ausreichend erhitzt, gibt es die Wärme an das Heizsystem ab. Dadurch kühlt es wieder ab und wird schließlich wieder flüssig.

Eine Kompressionswärmepumpe kann das Heizwasser auf höchstens 55 °C erwärmen. Deshalb ist in Kombination mit einer solchen Pumpe der Einbau sogenannter Niedrigtemperaturheizsysteme (zum Beispiel Fußbodenheizung) notwendig.

Diese Form der Wärmepumpe hat den Vorteil, dass sie auf vergleichsweise kleinem Raum und in jeder Umgebung nutzbar ist. Deshalb ist sie bei Weitem die häufigste Form.

2.2. Adsorptionswärmepumpen und Absorptionswärmepumpen

Neben den Kompressionswärmepumpen gibt es noch andere Systeme, die das Prinzip der Sorption nutzen. Hier muss man zwischen Adsorptions- und Absorptionswärmepumpen unterscheiden. Wir erklären Ihnen, was es damit auf sich hat:

2.2.1. Adsorptionswärmepumpen

Auch Adsorptionswärmepumpen können an Wärmequellen aus dem Erdreich, der Luft oder dem Grundwasser angeschlossen werden.

• Als Kältemittel kommt Wasser zum Einsatz, das an einem festen Material (dem sogenannten Sorptionsmittel) vorbeiläuft.
• Als Sorptionsmittel kommt zum Beispiel ein umweltfreundlicher Stoff namens Zeolith zum Einsatz.

Das Sorptionsmittel saugt gewissermaßen das Wasser an, sodass keine Antriebsenergie benötigt wird. Das verdampfte Wasser bindet sich also an das Sorptionsmittel. Bei diesem chemischen Vorgang entsteht Wärme. Diese Wärme wird dann genutzt, um das Heizungssystem zu versorgen.

Allerdings kann das Sorptionsmittel nicht unendlich Wasser aufnehmen, sodass der Vorgang auch wieder rückgängig gemacht werden muss. Dies geschieht, indem ein Gasbrenner dem Sorptionsmittel Hitze zuführt. Dadurch trocknet das Sorptionsmittel und das Wasser verflüssigt sich wieder. Ein Wärmetauscher kann die Wärme, die bei der Kondensation entsteht, nutzbar machen. Sobald das Kältemittel wieder flüssig ist, ist der Kreislauf geschlossen und kann von vorne beginnen.

Adsorptionswärmepumpen müssen also immer noch mit einem herkömmlichen Brennstoff betrieben werden, zum Beispiel mit Gas. Weil aber zusätzlich Umweltwärme nutzbar gemacht wird, spart man rund ein Viertel der Brennstoffkosten ein.

Ein großer Vorteil von Adsorptionswärmepumpen: Sie sind komplett wartungsfrei.

Man könnte also sagen, dass Adsorptionswärmepumpen Gas-Heizungen mit den Vorteilen von erneuerbaren Energien verbinden. Sie können Wirkungsgrade bis etwa 125 % erreichen. Das bedeutet: Sie erreichen etwa ein Viertel mehr Wärmeenergie als bei einer reinen Gasheizung.

2.3. Absorptionswärmepumpe

Auch eine Absorptionswärmepumpe kann die Wärme aus der Luft, der Erde oder dem Grundwasser nutzbar machen. Ähnlich wie die Adsorptionswärmepumpe basiert sie auf dem Prinzip der Sorption: Das gasförmige Kältemittel wird in einem Sorptionsmittel absorbiert. Als Sorptionsmittel wird in diesem Fall eine flüssige Lösung aus Ammoniak und Wasser genutzt. Anders als bei der Adsorption geht hier das Kältemittel im Sorptionsmittel komplett auf. Dabei entsteht Wärme. (Wir erklären den Unterschied zwischen Absorption und Adsorption noch einmal genauer in Punkt 2.2.3 dieses Textes.)

Im sogenannten „Austreiber“ in der Wärmepumpe werden Kälte- und Sorptionsmittel wieder voneinander getrennt und die vom Kältemittel gespeicherte Wärmeenergie wird entnommen.

Der große Vorteil: Mit einer Absorptionswärmepumpe können selbst traditionelle Heizkörper mit hohen Vorlauftemperaturen von rund 70 Grad versorgt werden.

Der Nachteil: Zum Trennen des Sorptions- und Kältemittels wird bei dieser Wärmepumpe allerdings Wärmeenergie durch das Verbrennen von Erdöl benötigt.

Die Hersteller von Absorptionswärmepumpen geben Wirkungsgrad von bis zu 165 % an. Die Anlagen sind im Grund wartungsfrei, da in der Wärmepumpe kaum bewegliche Teile verwendet werden.

2.3.1. Was ist der Unterschied zwischen Absorption und Adsorption?

Grundsätzlich ist das Prinzip von Adsorption und Absorption sehr ähnlich, aber es gibt auch wichtige Unterschiede:

Bei der Absorption (lateinisch: „aufsaugen“) wird eine Flüssigkeit oder ein Gas komplett aufgesaugt. Das können Sie sich vorstellen wie ein verschüttetes Getränk, das Sie mit einem Haushaltstuch aufsaugen. Ein anderes Beispiel wäre das Mischen von zwei Getränken. Im Gegensatz zu diesen Alltagsbeispielen entsteht beim chemischen Vorgang der Sorption jedoch Wärme, die dann in der Wärmepumpe genutzt wird. Eine Absorption kann man nicht ohne Weiteres rückgängig machen.

Bei der Adsorption (lateinisch: „ansaugen“) haftet die Flüssigkeit oder das Gas nur an der Oberfläche, es dringt nicht hinein. Daher kann die Adsorption relativ leicht wieder rückgängig gemacht werden. Im Alltag wird das Prinzip beispielsweise in Aquarium-Filtern verwendet, wo Aktivkohle das Wasser reinigt.

2.4. Brauchwasserwärmepumpe bzw. Warmwasser-Wärmepumpe

Wer von einer Wärmepumpe spricht, meint meistens eine Anlage, die das Haus mit Wärme versorgen soll. Neben solchen Wärmepumpen als Heizlösung gibt es jedoch auch Warmwasser-Wärmepumpen (auch Brauchwasser-Wärmepumpen genannt).

Brauchwasser-Wärmepumpen sind kompakte Geräte, etwa mit den Maßen eines großen Kühlschranks. Sie verwenden die Wärme aus der Luft, zum Beispiel aus dem Heizungsraum oder der Waschküche. Es handelt sich also um kleine Luft-Wärmepumpen. Sie werden jedoch nicht zum Heizen eingesetzt, sondern ausschließlich zum Erhitzen des Brauchwassers für ein Haus. Eine solche Anlage ist sehr kostengünstig und rentiert sich schnell, da sie sehr stromsparend arbeitet.

Warmwasser-Wärmepumpen ziehen die Wärme aus der Raumluft, zum Beispiel aus einem Kellerraum, und nutzen diese zur Erwärmung von Brauchwasser.

Gerade Kellerräume werden oft unnötig passiv beheizt, zum Beispiel durch den installierten Heizkessel oder durch elektrische Geräte wie Waschmaschine und Trockner, die oft viel Wärme abstrahlen. Normalerweise „verpufft“ diese Wärme fast ungenutzt. Schließlich hält man sich eher selten im Keller auf und braucht dort keine mollige Wärme.

Anstatt diese ganze Energie ungenutzt zu lassen, fängt die Warmwasser-Wärmepumpe diese ein und nutzt sie für die Erhitzung des Brauchwassers. Ein bisschen Strom braucht es für den Kompressor natürlich trotzdem noch. Aber bis zu 60 oder sogar 70 % der Energie wird auf diese Weise aus der Raumluft gewonnen. Die Warmwasser-Wärmepumpe saugt über einen Ventilator die Umgebungsluft im Raum an und entzieht überschüssige Wärme. Diese heizt sie dann im Kompressor weiter auf. So gewonnene Energie wird dann zur Erwärmung des Brauchwassers genutzt. Wird die gewonnene Wärme in den integrierten Speicher eingetragen, kann man auf diese Weise ein ganzes Einfamilienhaus mit Warmwasser versorgen.

Waschküchen eignen sich als Standort besonders gut. Einerseits entsteht hier, wie schon erwähnt, viel ungenutzte Wärme durch Waschmaschine und Trockner. Andererseits wird hier durch das Waschen aber auch viel Feuchtigkeit eingebracht, die zur Schimmelbildung beitragen kann. Die Warmwasser-Wärmepumpe kühlt die Luft nicht nur ab, sondern entzieht ihr auch Feuchtigkeit, sodass der Raum besser vor Schimmelschäden geschützt ist.

Eine Warmwasser-Wärmepumpe hat viele Vorteile:

• Das Raumklima wird verbessert, indem Feuchtigkeit aus der Luft entzogen wird.
• Die Anschaffungskosten sind günstig und im Betrieb spart man einiges an Geld, da ja ein Großteil der Energie aus der Raumwärme kommt.
• Der Installations- und Wartungsaufwand ist sehr gering. Die Geräte werden steckerfertig geliefert und müssen nur noch an die Wasserleitungen angeschlossen werden.
• Sie nutzen zum guten Teil erneuerbare Energien. Das ist gut für die Umwelt und macht Sie unabhängiger von den Rohstoffpreisen.
• Wenn Sie die Warmwasser-Bereitung vom Heizkessel abkoppeln, können Sie diesen den Sommer über abschalten und sparen noch mehr Geld.

Optimal ist es, wenn Sie eine Warmwasser-Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Strom aus einer Photovoltaik-Anlage nutzen können. Das steigert den Eigenverbrauch der Photovoltaik-Anlage, was sich im Vergleich zum Einspeisen ins Stromnetz immer lohnt. Und Ihr Warmwasser bekommen Sie auf diese Weise fast kostenlos. Zur Nutzung in großen Wohngebäuden siehe auch die "Potentialstudie thermischer Lastverschiebung in großvolumigen Wohngebäuden unter Einsatz von Wärmepumpe, Solarthermie und Photovoltaik".

Möchten Sie also Ihr Brauchwasser aus regenerativen Quellen erwärmen, dann bietet die Warmwasser-Wärmepumpe eine einfache und bequeme Lösung.