Wärmepumpen werden sowohl in Wohngebäuden als auch in Gewerbebauten und öffentlichen Gebäuden eingesetzt. Neue Gebäude können von vornherein mit einer integrierten Wärmepumpe konzipiert werden. In vielen Fällen findet genau das statt, vor allem bei Ein- und Mehrfamilienhäusern bietet sich diese Möglichkeit an. Aber auch in Altbauten lassen sich Wärmepumpen für die Heizung nachrüsten. Ob sich die Wärmepumpe lohnt, hängt von den Umgebungsbedingungen und von der Bauart der Wärmepumpe in Relation zum Gebäude ab. Wir zeigen Ihnen einige interessante Anwendungsbeispiele für Wärmepumpen.
1. Luft-Wärmepumpen und Wasser-Wärmepumpen
Grundsätzlich gibt es drei Varianten für Wärmepumpen: Erdwärmepumpen (zu diesen kommen wir in Punkt 2 dieses Textes), Luft-Wärmepumpen und Wasser-Wärmepumpen.
- Luft-Wärmepumpen nutzen die Wärme in der Außenluft oder in der Luft unnötig beheizter Räume, zum Beispiel in Waschküchen oder Heizungskellern. Sie erreichen den geringsten COP-Wert (Coefficient of Performance, die Leistungszahl des Gerätes). Sie arbeiten also im Vergleich zu anderen Arten eher ineffizient.
- Grundwasser-Wärmepumpen entnehmen dem Grundwasser Wärmeenergie und leiten es dann zurück in die Natur. Damit arbeiten sie effektiver als Luft-Wärmepumpen, auch weil die Temperaturschwankungen im Grundwasser geringer sind als in der Luft. Allerdings sind die notwendigen Eigenschaften des Grundwassers nicht überall gegeben. Das Grundwasser muss in der passenden Tiefe liegen, ausreichend warm sein und von guter Qualität. Außerdem darf das Gebäude nicht in einem Wasserschutzgebiet liegen. Nur dann bekommt man eine Genehmigung und kann eine Grundwasser-Wärmepumpe mit ausreichender Effizienz betreiben. Das ist längst nicht überall der Fall.
Ob eine Luft-Wärmepumpe oder eine Grundwasser-Wärmepumpe sinnvoller ist, hängt von den individuellen Gegebenheiten vor Ort ab.
Mancherorts finden sich in vergleichsweise großer Tiefe sehr energieintensive Aquifere (= Grundwasserströme). Das ist zum Beispiel unter der Innenstadt von Frankfurt am Main der Fall. Dort fließt in 80 Metern Tiefe 21 °C warmes Grundwasser. Das ist eine enorm hoher Wert. Man vermutet den Einfluss von Thermalwasser, das aus dem Oberrheingraben stammt. Um diese Wärmeenergie zu nutzen, wurde am Baseler Platz in Frankfurt eine Grundwasser-Wärmepumpe installiert. Diese sorgt für die Heizung und Kühlung von Wohnungen, Büros und Geschäften eines ganzen Gebäudekomplexes.
2. Einsatzbeispiele für erdgekoppelte Wärmepumpen
Erd-Wärmepumpen werden auch als Sole-Wärmepumpen bezeichnet (unter Sole ist das verwendete Kühlmittel zu verstehen). Sie nehmen die Wärmeenergie aus dem Erdreich auf. Dazu werden entweder tiefe Erdsonden gebohrt oder (seltener) flache Erdkollektoren gelegt.
Sole-Wärmepumpen mit Erdsonden gelten als sehr zuverlässige Energielieferanten. Sie sind deshalb trotz des relativ hohen Installationsaufwandes sehr gefragt. Ab einer Tiefe von zwei Metern (regional unterschiedlich) liegt die Tiefentemperatur relativ gleichmäßig bei um die 10 °C. Dabei liefern die Sonden eine zuverlässige Grundlast mit einer Entzugsleistung von etwa 50 Watt pro Meter Sondenlänge. Bei günstigen hydrogeologischen Bedingungen (= Bedingungen in Bezug auf Erde und Wasser) steigert sich diese Leistung.
Es gibt prominente Beispiele für den Einsatz von Erdwärmesonden, zum Beispiel diese:
- Die Sparkasse Fulda ließ 49 Sonden in 48 Metern Tiefe verlegen, um die Erdwärme zu nutzen.
- Die Uni-Bibliothek Rostock arbeitet mit 28 Sonden in 80 Metern Tiefe.
- Das Bonner Bundesamt für Naturschutz sammelt Wärme mit 16 Erdsonden in 85 Metern Tiefe.
- Die Kunsthalle in Emden versorgt ihre Erd-Wärmepumpe mit 11 Sonden in 250 Metern Tiefe.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist der Einsatz von Untergrundspeichern, die Erdwärme teils über Monate hinweg speichern können, um sie dann in der kalten Jahreszeit zugänglich zu machen. Die Wärme wird im Sommer zum Beispiel von einer Solaranlage oder von einem Blockheizkraftwerk erzeugt und im Erdreich gespeichert. Im Winter kann die Wärmepumpe diese Wärmeenergie dann zum großen Teil wieder entnehmen.
Große Untergrundspeicher für die solare Nahwärmeversorgung hat man in Neckarsulm, Attenkirchen bei Freising und Crailsheim installiert (Beispiele großer Untergundspeicher).
3. Wärmepumen in Wohnanlagen und Ein- oder Zweifamilienhäusern
Um die Frage zu klären, ob eine Wärmepumpe in Wohnhäusern zum Einsatz kommen kann, müssen Sie zwei wichtige Punkte wissen:
- Wärmepumpen sind besonders dann effizient, wenn nur ein geringer Temperaturunterschied zu überwinden ist. Die sogenannte Vorlauftemperatur der Heizung ist relativ gering. Sie brauchen deshalb Flächenheizungen (also Fußbodenheizung oder Wandheizung), um die Wärme gut in die Räume zu bringen.
- Außerdem muss das Haus gut gedämmt sein.
Damit beantwortet sich schon ein Teil der Frage nach ihrem effizienten Einsatz: Bei der Nachrüstung im Altbau steht zwingend dazu die parallele energieeffiziente Sanierung an. Sonst macht die Wärmepumpe nicht viel Sinn. Darauf weisen die Anbieter jedoch regelmäßig hin. Die entsprechenden Sanierungen in Koppelung mit dem Einsatz einer Wärmepumpe und erneuerbaren Energien werden entsprechend konzipiert. Meist können Sie für solche Umbauten lohnende Förderungen bei der KfW oder dem BAfA nutzen.
Besonders effizient arbeitet eine Wärmepumpe in einem Niedrigenergiehaus. Dort genügt der Wärmepumpe eine Vorlauftemperatur von 35 °C, ein zusätzlicher Speicher muss nicht zwingend installiert werden. Das hängt auch damit zusammen, dass eine Fußbodenheizung relativ träge auf einen Ausfall reagiert. Dadurch bleibt ein wenig Zeit, auch wenn die Wärmepumpe für kurze Zeit nicht genug Wärme produzieren kann. Ein Pufferspeicher wird allerdings dann erforderlich, wenn Sie die Heizung und die Warmwasserbereitung koppeln wollen. An diesen Pufferspeicher lassen sich aber auch eine solarthermische Anlage und ein konventioneller Heizkessel anschließen.
4. Wärmepumpen in Gewerbegebäuden
Nicht nur für Wohnhäuser, sondern auch für Gewerbebauten können Wärmepumpen durchaus lohnend sein. Auch hier kommt es natürlich auf die Gegebenheiten an:
- In Gewerbegebäuden lohnt sich der Einsatz einer Wärmepumpe besonders dann, wenn warmes Abwasser anfällt.
- Das erhöht die Effizienz der Wärmepumpe, die gleichzeitig eine Kühlfunktion zum Beispiel für Serverräume übernimmt.
- Dabei kann sie Wärme und auch Kälte für andere Gebäudeeinheiten liefern.
Ein Beispiel für so eine Anwendung findet sich in Zürich. Dort haben die Betreiber das historische Hotel „Dolder Grand“ entsprechend energetisch saniert. Eine zweistufige Erdgas-Absorptions-Wärmepumpe mit 570 kW bezieht die Energie aus 70 Erdwärmesonden, aber auch aus der Abwärme des Bade- und Wellnessbereichs, aus dem Abwasser und der Abluft sowie aus der Gewerbekühlung. So kann überschüssige Wärme optimal genutzt werden. Mit der gewonnenen Wärme beheizt das Hotel nicht nur die Zimmer, sondern auch den Pool.
5. Warum werben Stromanbieter für Wärmepumpen?
Einige Stromversorger liefern den Strom für Wärmepumpen besonders günstig und werben für das Konzept. Aber warum ist das so? Das hat einen technologisch-finanziellen Hintergrund:
Manche Konzerne behandeln eine Wärmepumpe vertraglich so, wie sie auch schon lange mit Nachtspeicherheizungen umgehen. Sie teilen den Preis nach Tageszeit in einen Hoch- und einen Niedertarif. Nutzt man größere Mengen Strom zu Zeiten mit weniger Nachfrage (also nachts), bekommt man einen besseren Preis. Das wird schon seit Jahrzehnten bei Nachtspeicheröfen so gemacht. Allerdings hat der Gesetzgeber die Förderung für die veralteten Nachtspeicherheizungen gekappt. Als Kompensation bieten sich die Wärmepumpen an.
Das macht energetisch und finanziell sowohl für die Energielieferanten als auch für die Verbraucher absolut Sinn. Die Kraftwerke können nämlich nachts aus technischen Gründen nicht mit so niedriger Last fahren, wie es dem Bedarf entsprechen würde.
Die Wärmepumpe erfüllt damit auch eine wichtige energiepolitische Aufgabe und entlastet mit solchen Tarifen ihre Besitzer zusätzlich finanziell. Fragen Sie rechtzeitig bei Ihrem Energieversorger nach, ob er einen Stromtarif speziell für Wärmepumpen vorsieht!
