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Wärmepumpen helfen Heizkosten sparen. Wie sie aussehen und funktionieren, erklären wir Ihnen hier. Auch zeigen wir die Vor- und Nachteile der Wärmepumpe, sowie wichtige Fachbegriffe, die man kennen sollte.

1. Die Funktion einer Wärmepumpe

Rund jeder vierte Neubau wird in Deutschland direkt mit einer Wärmepumpe geplant.

  • Anders als Öl- und Gasheizungen benötigen Wärmepumpen zum Heizen keinen Brennstoff.
  • Stattdessen entziehen sie die Wärme der Umgebung. Als Wärmequelle dient somit, je nach Ausführung, die Umgebungsluft, Wasser (Grund- oder Oberflächenwasser) oder das Erdreich.

Diese Wärmepumpen nennt man dann folgerichtig Luftwärmepumpe, Grundwasserwärmepumpe oder Erdwärmepumpe. Zum Betrieb der Pumpe wird zusätzlich Strom benötigt. Dabei ist das Grundprinzip entweder:

  • die Kompression (durch Druck wird Hitze erzeugt),
  • die Adsorption (das Kältemittel haftet an einem speziellen Stoff wobei Hitze ensteht) oder
  • die Absorption (das Kältemittel wird von einem Lösungsmittel aufgenommen wobei Hitze ensteht). 

Wärmepumpen arbeiten sehr wirtschaftlich in Verbindung mit einer Niedrigtemperaturheizung, beispielsweise einer Fußbodenheizung, und die Vorlauftemperatur wird bei weniger als 60°C gehalten.

Auch interessant: Wärmepumpen können auch im Sommer zur Kühlung verwendet werden.

Die meist verkauften Wärmepumpen sind die Kompressionswärmepumpen, speziell Luft-Wasser-Wärmepumpen. Das Prinzip der Funktion einer Wärmepumpe ist ein thermodynamischer Kreisprozess. Dieser läuft in vier Stufen ab.

  1. Zuerst nimmt ein Kältemittel die Wärme aus der Umgebung auf. Dabei ist das Kältemittel so gewählt, dass bereits relativ niedrige Temperaturen ausreichen, um dieses zu verdampfen. In der Regel kommt Sole, ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, zum Einsatz.
  2. Im nächsten Schritt wird das nun dampfförmige Kältemittel mittels einer Pumpe verdichtet. Dieser Schritt ist notwendig, um das Temperaturniveau anzuheben.
  3. Im folgenden Prozessschritt gibt das aufgeheizte Gas die Temperatur im Kondensator an das Heizungssystem ab. Hier kann die Wärme zum Aufheizen des Warmwassers oder für die Raumheizung genutzt werden. Besonders günstig ist die Kombination von Wärmepumpe und Fußbodenheizung, weil hierfür die Temperatur des Kältemittels nur um wenige Grad angehoben werden muss. Hat das Kältemittel den Kondensator passiert, ist es wieder im flüssigen Zustand.
  4. Im letzten Schritt muss es noch auf das Druckniveau des Ausgangszustands gebracht werden. Dazu werden Expansionsventile verwendet. Mit dem kalten, unverdichteten Kältemittel beginnt der Prozess von Neuem.

Das Bild zeigt die Grundidee von Wärmepumpen

Definition "Wärmepumpe"

Wärmepumpen sind Geräte, die niedrige Temperaturen der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) durch Einsatz von strombetriebenen Pumpen anheben können, um damit gut gedämmte Häuser mit Heizenergie und Warmwasser zu versorgen.

2. Darauf ist bei der Installation der Wärmepumpe zu achten

Eine Wärmepumpe ist nicht größer als ein herkömmliches Heizgerät. Allerdings ist damit nur der Teil gemeint, der in Ihrem Keller installiert wird.

2.1. Das passende Haus für Luftwärmepumpen

Bei einer Luftwärmepumpe wird zusätzlich ein Modul installiert - meist außerhalb des Hauses. Dieses ähnelt einer größeren Klimaanlage und wird Kondensator genannt.

  • Luftwärmepumpen empfehlen sich nur für Häuser mit kombinierter Wohnraumlüftung, wo auch die Abluft genutzt werden kann.
  • Dies ist zum Beispiel bei Passivhäusern der Fall.
  • Hierbei ist die Installation von speziellen Luftkanälen und Luftverteilersystemen unabdingbar. 
  • Bei einer Luft-Wärmepumpenheizung sind zusätzliche Luftbefeuchter empfehlenswert.

2.2. Das passende Haus für Grundwasser- und Erdwärmepumpen

Bei Grundwasser- und Erdwärmepumpen müssen Rohre innerhalb der Erde verlegt werden, die sogenannten Erdkollektoren oder Erdwärmesonden. Diese sieht man aber nach der Verlegung nicht mehr, aber der entsprechende Platzbedarf im Außenbereich ist zu bedenken. Zudem sind, gerade bei Erdsonden, die senkrecht in den Boden eingebracht werden, aufwändige Erdarbeiten und Bohrungen erforderlich. Eine Alternative hierzu stellt der „Energiezaun“ dar. Dieser ist platzsparend, aufwändige Erdarbeiten oder Bohrungen sind nicht notwendig, und er kann zusätzlich auch als Gartenzaun oder Grundstücksumzäunung genutzt werden. 

  1. Wenn Grundwasser als Wärmequelle genutzt werden soll, dann ist die Installation von zwei Brunnen erforderlich, und zwar von einem Förderbrunnen, einerseits, und von einem Speicherbrunnen, andererseits.
  2. Vom Förderbrunnen gelangt das Grundwasser in die Wärmepumpe.
  3. Dort wird dem Wasser, wie oben beschrieben, die Wärme entzogen.
  4. Danach wird es in den Speicherbrunnen geleitet und dem Erdreich wieder zugeführt. 

Für alle Arten von Wärmepumpenheizungen sind natürlich die entsprechenden Heizkörper einzuplanen. Dabei sind Flächenheizungen zu empfehlen, entweder als Fußbodenheizungen oder als Wandinstallationen. Generell sind Heizungen mit möglichst niedrigen Vorlauftemperaturen zu wählen. Für Wärmepumpenheizungen sind auch Spezialheizkörper mit Ventilatoren erhältlich.

2.2.1. Aktuelle Angebote für Wärmepumpen

Im Februar 2017 zeigte eine Umfrage unter Interessenten von Wärmepumpen, welches System aktuell am meisten nachgefragt wird. Der Gewinner ist wie zu erwarten die Luftwärmepumpe. Platz 2 und 3 teilen sich die anderen Systeme. Hier die Ergebnisse.

Umfrage: Welche Wärmepumpe wird am meisten angefragt

2.3. Wahlweise erhältliches Zubehör

Bei allen Anlagenteilen im Außenbereich ist eventuell auf ein waagerechtes und frostfreies Fundament zu achten. Eine entsprechende Schallabdichtung sowie speziell wärmeisolierte Rohre, die zur Heizung ins Haus führen, optimieren das Anlagenprinzip.

Außerdem sind für alle Heizungstypen folgende Komponenten optional erhältlich:

  • Fernüberwachungssysteme für die Heizungsregelung
  • Wärmepumpenmanager, die eine bedarfsabhängige Regelung gewährleisten
  • spezielle Schnittstellenkarten,
  • Wärmemengenzähler,
  • Fernbedienungen
  • oder auch Schwimmbadsteuerungen.

Dazu können auch spezielle Raumtemperaturregler und diverse Temperaturfühler, wie zum Beispiel Solarregler oder Solarfühler, Befüllstationen, Druckwächter oder Durchlauferhitzer wahlweise installiert werden.

Luftwärmepumpe (© Buderus)

2.4. Vorteile von Wärmepumpen

Die Installation einer Wärmepumpe bietet viele Vorteile. Wie bereits erwähnt kann man der Umwelt damit etwas Gutes tun.

  • Im Vergleich zu den meisten anderen Heizsystemen wird kein Brennstoff benötigt, welcher oftmals Schwankungen unterworfen ist.
  • So entkommt man der Abhängigkeit von den Rohstoff-Preisen.
  • Bei der richtigen Auslegung spielen Wärmepumpen ihre Stärken aus: Sie können eine Menge Heizkosten sparen!

Wer über die Anschaffung einer Wärmepumpe nachdenkt, sollte auf jeden Fall prüfen, welche Förderungen infrage kommen. Hier finden Sie Erläuterungen zu den BAFA- und KfW-Förderungen. Besonders lohnenswert kann die Kombination einer Wärmepumpe mit anderen Energieerzeugungssystemen sein, beispielsweise einer Photovoltaik- oder Solarthermieanlage.

2.5. Nachteile von Wärmepumpen

  • Leider lohnen sich Wärmepumpen meist nur in ziemlich gut gedämmten Häusern, es handelt sich ja um Niedrigtemperatur-Heizungen.
  • Die erforderlichen Prüfungen der Bodenbeschaffenheit und die Bohrungen bedeuten zusätzlichen Aufwand und Kosten.
  • Des Weiteren benötigen Wärmepumpen zwar keinen klassischen Brennstoff, wie etwa Öl oder Gas, dennoch muss Strom für den Betrieb zugeführt werden.

Dieser Nachteil lässt sich aber durch die Kombination mit einer Photovoltaikanlage kompensieren. Und oft gibt es attraktive Angebote der Energieversorger für Wärmepumpen-Kunden. 

3. Warum Ihre Wärmepumpe die Umwelt schont

Wärmepumpen und UmweltschutzManchmal hört man auch den Begriff Umweltheizung im Zusammenhang mit Wärmepumpen. Sind Wärmepumpen also wirklich umweltschonend?

  • Wärmepumpen beziehen Wärme aus der Umwelt (Luft, Wasser, Erde), insofern steht dieser „Rohstoff“ nicht nur kostenlos zur Verfügung, sondern ist auch sauber.
  • Allerdings reicht die Umgebungswärme alleine nicht aus und daher wird das Kältemittel auf ein höheres Temperatur-Niveau gepumpt.
  • Diese Pumpen sind in aller Regel strombetrieben.

So kommt es jetzt darauf an, wie der Strom erzeugt wird, idealerweise kommt er aus einer Photovoltaik- oder Windkraftanlage. Dann ist eine Wärmepumpe wirklich umweltschonend. Aber auch wenn der Storm ganz konventionell vom Energieversorger eingekauft wird, weisen die meisten Systeme eine gute CO2-Bilanz auf.

3.1. Energiebilanz des Heizungssystems

Ein weiterer Aspekt bei der Umweltfreundlichkeit von Wärmepumpen ist die energetische Bilanz des gesamten Heizungssystems eines Gebäudes. Denn wenn das Haus beispielsweise sehr schlecht isoliert ist, muss die Wärmepumpe die Umgebungswärme auf eine sehr hohe Vorlauftemperatur bringen. Aber: mit wachsendem Unterschied zwischen bezogener Umgebungswärme und zu erzeugender Heiztemperatur – die sogenannte Vorlauftemperatur – sinkt die Jahresarbeitszahl. Diese gibt Aufschluss, ob sich eine Wärmepumpe bei Ihnen zuhause lohnt oder nicht.

Sinkt die Jahresarbeitszahl unter einen Wert von ca. 3, belastet das Gesamtsystem im Vergleich zu anderen Möglichkeiten Ihr Haus zu heizen, nicht nur Ihr Konto, sondern auch die Umwelt.

3.2. Umweltschonende Kältemittel - kein FCKW!

Die meisten Wärmepumpen arbeiten mit einem Kältemittel-Kreislauf. Dabei handelt es sich um eine Flüssigkeit, welche immer wieder erhitzt wird und danach wieder abkühlt. Die erzeugte Wärme wird auf die Heizung übertragen. Früher nutzte man umweltbelastende FCKW-Kältemittel. Speziell wenn der Kreislauf undicht wurde, war das natürlich kein Zuckerschlecken für die Umwelt.

Nicht nur aufgrund gesetzlicher Bestimmungen, sondern auch um Kundenwünschen zu entsprechen, geht der Trend heutzutage eindeutig zu umweltschonenden Kältemitteln. Hier könnte man Kohlendioxid (CO2) anführen, welches umwelttechnisch in jeglicher Hinsicht gegenüber FCKW-Kältemitteln im Vorteil ist.

In Japan gibt es seit 2001 einen wachsenden Markt für CO2-Wärmepumpen, in Deutschland sind sie noch recht selten und wenn dann eher im Bereich der Erdwärmepumpen anzutreffen.

4. Wichtige Fachbegriffe, die Sie kennen sollten

4.1. Heizungsvorlauf / Heizungsrücklauf

Die Wärmepumpe erzeugt Temperaturen, die ausreichen um ein Gebäude mit Heizwärme und Warmwasser zu versorgen. Die dafür benötigte Temperatur nennt man Heizungsvorlauf oder Vorlauftemperatur. Sie gibt im Grunde die Temperatur an, die das Wasser im Heizkreis besitzt, wenn zu den Heizkörpern transportiert wird.

Wenn die Wärme auf die Heizkörper übertragen wurde, kühlt es ab und fließt zurück. Die Temperatur, die das Wasser im Heizkreis bei Rücklauf besitzt, nennt man Rücklauftemperatur.

4.2. Jahresarbeitszahl und Leistungszahl

Beide Werte - die Jahresarbeitszahl und auch die Leistungszahl geben bei Wärmepumpen das Verhältnis zwischen erzeugter Heizungsenergie und eingesetztem Strom an. Oder anders ausgedrückt: sie bezeichnen den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Aber worin unterscheiden sich diese beiden Angaben?

4.2.1. Leistungszahl

Beginnen wir mit der Leistungszahl. Seit 2011 wird die Leistungszahl - auch „Coefficient of Performance“ (COP) genannt - als Berechnungsgrundlage für die Effizienz einer Wärmepumpe angewendet. Die BAfA-Förderung richtet sich danach. Die Leistungszahl wird unter genormten Testbedingungen ermittelt. Die entsprechende DIN-Norm findet man unter der Nummer DIN EN 14511.

Wichtig zu beachten: die Einhaltung von DIN-Normen ist in Deutschland nicht gesetzlich vorgeschrieben, nur empfohlen. Wenn ein Hersteller zu seiner Wärmepumpe eine Leistungszahl angibt, aber nicht hinzufügt, dass diese unter den Vorgaben der entsprechenden DIN-Norm ermittelt wurde, ist sie im Grunde nichtssagend und daher wertlos.

Mit der Leistungszahl kann man Wärmepumpen verschiedener Hersteller vergleichbar machen. Sie ist für eine Wärmepumpe ein ermittelter feststehender Wert.

4.2.2. Jahresarbeitszahl

Die Arbeitszahl bezieht sich meist auf 1 Jahr Betriebsdauer, daher nennt man diesen Wert auch Jahresarbeitszahl (kurz: JAZ). Für uns Kunden ist die Jahresarbeitszahl der interessantere und wichtigere Wert.

Warum ist das so?

Die Jahresarbeitszahl gibt die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe in meinem konkreten Fall an. Es herrschen bei mir zuhause ja wohl kaum ideale Testbedinungen, so dass die Jahresarbeitszahl identisch mit der Leistungszahl wäre. Bei der Jahresarbeitszahl wird die Effizienz des gesamten Heizungssystems und die Dämmung des Hauses mit berücksichtigt. Daher ist die Jahresarbeitszahl auch nicht feststehend. Es werden alle Faktoren berücksichtigt und für meinen konkreten Fall errechnet.

4.2.3. Jahresarbeitszahl = Praxiswert

Mit anderen Worten also: die Jahresarbeitszahl gibt Aufschluss darüber, ob sich eine bestimmte Wärmepumpe in meinem Fall lohnen würde, sie ist also ein Praxiswert, wohingegen die Leistungszahl ein theoretischer Wert ist.

Viele Wärmepumpen-Hersteller werben mit einer Leistungszahl ab 3,5 und darüber. Wie bereits erwähnt, wird dieser Effizienz-Wert unter genormten Idealbedingungen gemessen. Die Wärmepumpe entfaltete also diese beeindruckende Effizienz in einem ideal gedämmten Haus mit modernster Haustechnik und auch noch bei einem optimalen Wetter.

  • Immerhin: Die Leistungszahl 4,0 bedeutet, dass die Wärmepumpe 100 % Heizenergie mit 25 % Strom erzeugt.
  • In realen Werten heißt das: mit 1 kW Strom kann die Wärmepumpe 4 kW Heizwärme erzeugen.

Grundsätzlich ist das möglich, in der Praxis liegen aber die Jahresarbeitszahlen gerade von Luft-Luft-Wärmepumpen häufig darunter.

Das bedeutet: Wer eine Wärmepumpe anschafft, sollte sich die realistische Jahresarbeitszahl belegen lassen. Wenn diese überschritten wird, kann der Eigenheimbesitzer im Grunde nichts verkehrt machen: Die Wärmepumpe produziert auf jeden Fall mehr Energie, als sie aufnimmt (nach gegenwärtigen Preisen), sie wird sich also amortisieren. Es fragt sich nur, wann das geschieht. Um den Prozess zu beschleunigen, sollten daher die Interessenten

  1. alle Fördermöglichkeiten (neben BAfA auch KfW sowie den Wärmepumpentarif eines Energieversorgers) in Anspruch nehmen und

  2. auf modernste Technik eines Premiumanbieters setzen, die garantiert wesentlich länger als ein Jahrzehnt hält.

Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich die Wärmepumpe lohnt.

4.3. Kältemittel

Kältemittel werden bei den meisten Wärmepumpen eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein Flüssigkeit, die stets in einem Kreislauf zirkuliert. Bei Erdwärmepumpen nimmt es zum Beispiel die Wärme der Erde auf und verdampft dabei zu Gas. Dieses wird in der Wärmepumpe weiter erhitzt. Die Gebäudeheizung übernimmt diese Wärme, wodurch das Kältemittel wieder abkühlt und der Kreislauf neu beginnen kann. Das Kältemittel wird so hergestellt, dass es schon bei geringen Temperaturen zu Gas verdampft, aber bei 0 Grad nicht gefriert.

Nicht jede Wärmepumpen-Bauart nutzt ein Kältemittel, sondern nur Kompressionswärmepumpen. Diese werden so bezeichnet, da das Kältemittel unter Druck verdichtet wird – das nennt man Kompression – und dadurch sehr viel stärkere Hitze entwickelt, als die Umgebung zur Verfügung stellt. Andere Namen für das sind Kühlmittel und auch Sole.

4.4. Weitere Bezeichnungen für Wärmepumpen

Bezeichnung Funktion
Wasser-Wasser-Wärmepumpe das Grundwasser dient als Energiequelle und Wasser wird im Kältemittelkreislauf verwendet um die Wärme aufzunehmen
Luft-Wasser-Wärmepumpe die Wärme der Luft wird angezapft und auf Wasser im Kältemittelkreislauf übertragen
Luft-Luft-Wärmepumpe die Wärme der Umgebungsluft wird ohne Kältemittelkreislauf verwendet
Sole-Wasser-Wärmepumpe ein Sole-Wasser-Gemisch zirkuliert und nimmt Erdwärme auf
Gas-Wärmepumpe bei Adsorptions- und Absortionswärmepumpen trennt ein Gasbrenner das Kältemittel wieder vom sogenannten Sorptionsmittel, damit der Kältemittel-Kreislauf erneut beginnen kann

 

Contact Person Autor des Artikels: Jascha Schmitz - Redakteur der Umweltportale: Solaranlagen-portal.de | Ihr-BHKW.de | Ihre-Waermepumpe.de | klaeranlagen-vergleich.de

Mit jährlich weniger als 5.000 installierten Anlagen in Deutschland, bilden Grundwasserwärmepumpen eher eine Nische. Dies liegt daran, dass eine Installation nicht immer möglich ist. Aber wenn, dann sind sie wahre Effizienz-

Wärmepumpen helfen Heizkosten sparen. Wie sie aussehen und funktionieren, erklären wir Ihnen hier. Auch zeigen wir die Vor- und Nachteile der Wärmepumpe, sowie wichtige Fachbegriffe, die man kennen sollte. Die Funktion eine