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Wärmepumpen

Grundlagen:

Eine Wärmepumpe funktioniert im Grunde wie ein Kühlschrank oder eine Klimaanlage. Der Unterschied besteht darin, dass man nicht die Kälte nutzen will, sondern die Wärme.
Dazu wird ein Kältekreislauf eingesetzt, mit dem eine Wärmequelle abgekühlt wird. Denkbar als Energielieferanten sind Außenluft, Erdboden und Grundwasser.

Der Vorteil einer Wärmepumpe gegenüber einem Heizkessel mit Wärmetauscher ist, dass das Medium, welches die Energie zur Verfügung stellt, nicht wärmer sein muss, als das zu beheizende.
Es kann also zum Beispiel genügend sensible Wärme aus Erdreich mit 5°C entnommen werden, um einen Raum bei konstanten 20°C zu halten.

Insbesondere bei Niedrigenergiehäusern reichen bereits kleine Wärmepumpen als Heizgerät aus.

Bildergalerie Hier finden Sie Beispiele für Wärmepumpen in der Praxis. Galerie

Technik:

Die Wärmepumpe fördert ein Arbeitsmedium, das durch Verdampfen Wärme aufnimmt und durch Kondensation über einen Wärmetauscher an das Heizwassersystem abgibt.

Die Qualität einer Wärmepumpe wird nicht mit Wirkungsgraden, sondern einer Leistungszahl angegeben - abhängig von Wärmequelle und Temperatur liegt sie üblicherweise zwischen 3 und 6.
Dieser Wert beschreibt das Verhältnis zwischen eingesetzter elektrischer Antriebsenergie für die Wärmepumpe und der damit erzeugten Heizwärme. Je größer der Wert ist, desto mehr Umweltenergie wird mit dem System aufgenommen.

Mit einem Pufferspeicher für das Heizungswasser erreicht man längere Laufzeiten bei weniger Ein- und Ausschaltvorgängen, was zu geringerem Verschleiß und einer höheren Leistungszahl führt.

Einsatz in der Praxis:

Je nach Energiequelle sind andere Vorarbeiten zu leisten:

Die einfachste Variante ist natürlich, die von der Sonne erwärmte Außenluft anzusaugen und abzukühlen. Diese Lösung bietet sich sowohl im Neubau, als auch bei einer Sanierung an.
Der Nachteil besteht allerdings darin, dass die Luft nicht immer die gleiche Temperatur hat und somit die Heizleistung schwankt. Bei kaltem Wetter muss zusätzlich ein zweiter Wärme- erzeuger oder eine elektrische Zuheizung einspringen.
Die Investitionskosten sind bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen durch den Wegfall der Wärme- quellenerschließung allerdings am geringsten.
Durch moderne Invertertechnik kann die Leistung an den aktuellen Bedarf besser angepasst werden. Damit verbessern sich Leistungszahl und Schallemissionen bei Luft-/Wasser- Wärmepumpen spürbar.

Da das Erdreich übers Jahr gesehen erheblich geringere Temperaturschwankungen hat als die Außenluft, ist der Einsatz von Bodensonden oder Erdkollektoren im Hinblick auf die Leistungszahl besser.
Bei den Kollektoren handelt es sich um schlangenförmig verlegte Rohre, durch die ein Frostschutzgemisch oder direkt das Arbeitsmedium gepumpt wird. Dazu ist eine relativ große, nicht überbaute Gartenfläche notwendig, was diese Wärmequelle bei kleinen Grundstücken ausschließt.
Für Erdsonden müssen ein bis mehrere Bohrungen mit 40 bis 100 Meter Tiefe erstellt und mit einem Vor- und Rücklaufrohr bestückt werden. Die Kosten dafür sind nicht unerheblich.

Eine Nutzung des Grundwassers bedarf der Genehmigung. Hier wird je ein Förder- und ein Schluckbrunnen erstellt, die entsprechend der unterirdischen Flussrichtung 10 bis 15 Meter voneinander entfernt angeordnet sein müssen.
Durch einen Pumpversuch ist die Leistungsfähigkeit des Brunnens zu belegen. Mit einer Wasseranalyse muss außerdem festgestellt werden, ob durch das Grundwasser Korrosionsschäden am Gerät eintreten können oder Ablagerungen in Leitungen, Wärmetauscher und Brunnen möglich sind. Dabei sind unbedingt die Vorgaben des Herstellers zu beachten, um einen langen, störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Durch die höheren Wärmequellen-Temperaturen des Grundwassers erreicht man bei diesen Anlagen die höchsten Leistungszahlen und benötigt weniger elektrische Energie.

Bei der Gebäudebeheizung sollte auf Niedertemperatur-Heizflächen, also eine Fußboden- bzw. Wandheizung oder entsprechend ausgelegte Heizkörper, zurückgegriffen werden, da die Leistungszahl einer Wärmepumpe bei hohen Ausgangstemperaturen sinkt.
Eine elektrische Zusatzheizung ist gegebenenfalls für eine ausreichende Wärmeleistung bei ungünstigen Betriebsbedingungen nötig.
Bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen wird der vereiste Wärmetauscher im Winter regelmäßig elektrisch oder über Kreislaufumkehr abgetaut. Dabei kann kurzzeitig sichtbarer Wasser- dampf entstehen.

Warmwasserbereitung:

Modernen Wärmepumpen können die Brauchwasserbereitung ohne Zusatzheizung durchführen, da ausreichend hohe Heizwassertemperaturen möglich sind. Dazu werden aber spezielle Speicher benötigt.
Für höhere Warmwassertemperaturen oder eine regelmäßige Entkeimung muss unter Umständen trotzdem noch mit einem zweiten Wärmeerzeuger nachgeheizt werden.

Brauchwasser-Wärmepumpen können die Abwärme in großen Räumen nutzen und in einen Speicher abgeben. Das kann den vorhandenen, konventionellen Wärmeerzeuger deutlich entlasten.

Kombination mit anderen Systemen:

Die Einbindung von thermischen Solaranlagen oder Holzöfen mit Wassertasche ist über große Pufferspeicher und zusätzliche Regler möglich.
Moderne Wärmepumpen sind auch 'smart grid ready', das heißt, dass sie für die Kombination mit intelligenten Stromzählern und Zentralsteuerungen zur Photovoltaik-Anbindung vorbereitet sind. So können günstige Tarife und der Eigenverbrauch möglichst effizient ausgenutzt werden.

Bildergalerie Hier finden Sie Beispiele für Wärmepumpen in der Praxis. Galerie

Fazit und Ausblick:

Vor allem bei geringen Heizlasten und niedrigen Systemtemperaturen sind Wärmepumpen als Heizgerät sehr interessant. Als Betreiber muss man zwar den zusätzlichen Stromverbrauch mit einkalkulieren - gleichzeitig fallen aber keine Brennstoffkosten wie bei anderen Systemen an.
Im Neubau werden bei uns bereits mehr als die Hälfte der Heizungen mit Wärmepumpen betrieben. Wenn die entsprechenden Voraussetzungen gegeben sind, können sie aber auch in der Sanierung gut eingesetzt werden.

Zukünftig werden mehrere große Hersteller Absorptions-Wärmepumpen auf den Markt bringen, die nicht mit einem elektrischen Verdichter, sondern einem kleinen Wärmeerzeuger (z. B. einem Gas-Brennwertgerät) angetrieben werden, wodurch der primärenergetische Wirkungsgrad noch deutlich erhöht werden kann.

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bietet im Sanierungsfall großzügige Förderzuschüsse für Heizungs-Wärmepumpen an.
Informationen dazu finden Sie auf unseren Förderprogramm-Seiten.