Wärmepumpen sind eine alternative und klimaschonende Methode, das Haus zu heizen oder mit warmem Wasser zu versorgen. Jahr für Jahr entscheiden sich mehr Hausherren für Warmwasser- oder Heizungswärmepumpen. Erfahren Sie hier mehr über die verschiedenen Möglichkeiten und Wirkungsweisen.

Wärmepumpe Keller

Eine Wärmepumpe im Keller (Foto: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

So funktionieren Wärmepumpen

Ein Kühlschrank entzieht dem Innenraum Wärme und transportiert sie nach draußen – bei der Wärmepumpe funktioniert es im Prinzip genau umgekehrt. Sie entzieht der Umwelt Wärme und bringt sie ins Haus. Damit lassen sich dann zum Beispiel Räume heizen oder das Warmwasser erwärmen.

Das Geniale daran: Für die Wärmegewinnung wird kostenlose Umweltwärme genutzt, die zudem fast unendlich verfügbar ist und sich durch Sonneneinstrahlung immer wieder erneuert.

Nicht unerwähnt soll bleiben, dass für den Betrieb von Pumpe und Anlage elektrischer Strom notwendig ist. Die benötigte Strommenge ist allerdings überschaubar. Grob geschätzt benötigen Sie etwa 25 Prozent Strom als Antriebsenergie und 75 Prozent Umweltenergie.

Funktionsweise Wärmepumpe

So funktioniert eine Wärmepumpe (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Die Wärmeübertragung von draußen nach drinnen erfolgt in drei Schritten:

Schritt 1: Wärmegewinnung

Wärmepumpen entnehmen die Wärme entweder aus der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich. Dafür zuständig ist die sogenannte Wärmequellenanlage.

Durch die Anlage zirkuliert bei Nutzung von Erd- oder Grundwasserwärme eine sogenannte Sole. Dabei handelt es sich um Wasser, das mit einem Frostschutzmittel versetzt ist. Die Flüssigkeit führt die Umgebungswärme der eigentlichen Wärmepumpe zu.

Bei Luft-Wärmepumpen übernimmt ein Ventilator diese Aufgabe. Er transportiert die Außenluft zur Wärmepumpe.

Schritt 2: Wärme nutzbar machen

Im zweiten Schritt befindet sich die gewonnene Wärme in der Wärmepumpe. Dort gelangt im Schritt 1 gewonnen Sole oder Außenluft in einen Wärmetauscher. In diesem Verdampfer zirkuliert ein Kältemittel, das durch die Wärmeübertragung verdampft.

Der Dampf durchläuft danach einen Verdichter und wird dort noch heißer. Das unter hohem Druck stehende, gasförmige Kältemittel gelangt dann in einen weiteren Wärmetauscher. Dort kondensiert es und gibt die Wärme wieder ab.

Das nun wieder flüssige und abgekühlte Kältemittel wird zurück zum Verdampfer gepumpt. Der Kreislauf beginnt von vorne. Und was passiert mit der gewonnenen Wärme? Das erkläre ich im nächsten Schritt.

Schritt 3: Wohnung heizen

Im Wärmeverteil- und Speichersystem der Anlage zirkuliert ein Heizmedium. Dabei handelt es sich in aller Regel um Wasser. Das nimmt die Wärme aus Schritt 2 auf und verteilt das warme Wasser. Es gelangt zum Beispiel zur Fußbodenheizung oder auch zu den verschiedenen Heizkörpern. Oder es wird gespeichert: Zum Beispiel im Heizungspufferspeicher oder im Warmwasserspeicher.

Als Heizmedium kommt statt Wasser auch Luft infrage. Im privaten Bereich kommen solche Heizsysteme aber eher selten zum Einsatz, weshalb ich an dieser Stelle nicht näher darauf eingehen möchte.

Welche Wärmequelle soll es sein?

Wasser, Erdreich oder Luft? Welche Wärmequelle soll es sein? Mit dieser Frage müssen Sie sich beschäftigen, wenn Sie eine Wärmepumpenanlage installieren möchten. Häufig entscheiden rechtliche Vorgaben, Technik oder Kosten für die eine oder andere Variante.

Nachfolgend einige allgemeine Informationen, die zur Entscheidungsfindung beitragen können:

Funktionsweise Grundwasser-Wärmepumpe

So arbeitet eine Grundwasser-Wärmepumpe (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Wärmequelle Wasser

Ob Sommer oder Winter – die Temperatur des Grundwassers liegt relativ konstant bei etwa zehn Grad Celsius (plus/minus zwei Grad). Perfekt für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe. Sie können das ganze Jahr über mit Wasser Wärme erzeugen. Wenn die Voraussetzungen erfüllt sind:

  • Genügend Grundwasser vorhanden
  • Das Wasser hat ausreichend Temperatur
  • Wie Wasserqualität ist in Ordnung
  • Das Grundwasser liegt nicht zu tief

Mit Hilfe eines Förderbrunnens wird das Grundwasser nach oben gepumpt, wo die Wärmepumpe ihm die thermische Energie entzieht. Das Wasser geht dabei nicht verloren, da es über einen Schluckbrunnen wieder nach unten geleitet wird.

Folgende Vorteile hat eine Grundwasser-Wärmepumpe:

  • Hohe Effizienz dank konstanter Quelltemperaturen
  • Im Sommer lässt sich das Haus auf energiesparende Weise kühlen

Das müssen Sie beachten:

  • Für die Nutzung des Grundwassers ist eine Genehmigung der Unteren Wasserbehörde nötig
  • Hoher Energiebedarf für den Betrieb der Grundwasserpumpen
  • Hoher Planungs- und Erkundungsaufwand
  • Anlagen sind nicht wartungsfrei, sie unterliegen einem Alterungsprozess

Grundwasser-Wärmepumpen eignen sich hauptsächlich für größere Objekte mit einem hohen Bedarf an Warmwasser und Heizungswärme. Das schließt die Kühlung im Sommer mit ein.

Wärmequelle Erdreich

Mit der Erdwärme lassen sich Wärmepumpen ebenfalls effizient betreiben. Voraussetzung hierfür ist, dass die Wärmegewinnung in ausreichend Tiefe stattfindet. Ab etwa zehn Metern Tiefe beträgt die Erdwärme Sommer wie Winter konstant etwa zehn Grad Celsius.

Für Geothermische Bohrungen sind in Deutschland Tiefen bis 100 Metern erlaubt, hier beträgt die Temperatur rund zwölf Grad Celsius. Womit wir bei den beiden Varianten wären, um die Erdwärme anzuzapfen:

  • In die Tiefe mit Hilfe von Sonden
  • In die Breite mit Hilfe von Kollektoren
Funktionsweise Erdwärmekollektoren

So funktionieren Erdwärmekollektoren (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Erdkollektoren

Beim Einsatz von Erdkollektoren gilt zu beachten, dass eine ausreichend große Fläche notwendig ist. Diese darf außerdem nicht bebaut oder von Gebäuden verschattet sein. Außerdem ist eine geeignete Topographie notwendig.

Wichtig: Es darf bei dieser Methode dem Erdreich nur so viel Wärme entzogen werden, wie im Verlauf des Jahres durch Sonneneinstrahlung eingebracht wird. Bei Nichtbeachtung bewirkt einen nicht mehr regenerierbaren Dauerfrost. Der maximale Wärmeentzug liegt bei 10 bis 35 W/m².

Funktionsweise Erdwärmesonden

So funktionieren Erdwärmesonden (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Erdsonden

Die platzsparende Alternative sind Erdsonden, die bis zu 100 Meter tief ins Erdreich gebohrt werden. In den Sonden fließt Sole, die der Erde Wärme entzieht. Wie viel, hängt davon ab, ob mit der Anlage nur geheizt oder zusätzlich noch gekühlt werden soll. Und natürlich von der Qualität des Untergrunds.

Bei schlechtem Untergrund beträgt die Entzugsleistung 20 W/m. Bei einem sandigen, kiesigen Untergrund, der zudem wasserführend ist, steigt die Leistung auf bis zu 65 W/m. Bei Gneis ist die Leistungsfähigkeit ähnlich, sie liegt zwischen 60 und 70 W/m.

Wärmequelle Luft

Was dem Investitionsaufwand angeht, sind Luft-Wasser-Wärmepumpen am günstigsten. Das Wasser steht hier für den Wärmeträger auf der warmen Seite der Anlage. Also im Prinzip, womit die Heizkörper erwärmt werden.

Das Problem: Im Winter, wenn wir die Wärme am dringendsten benötigen, arbeitet die Luft-Wärmepumpe am wenigsten effizient – weil es eben draußen ebenfalls eisig kalt ist. Sie funktioniert aber trotzdem, zumindest solange die Außentemperatur höher liegt als der Siedepunkt des verwendeten Siedemittels.

Es lassen sich drei Varianten an Luft-Wasser-Wärmepumpen unterscheiden:

  • Außen aufgestellte Wärmepumpen
  • Innen aufgestellte Wärmepumpen
  • Splitwärmepumpen
Luftwärmepumpe außen

Luftwärmepumpe mit außen aufgestelltem Gerät (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Außen aufgestellte Geräte

Diese Variante eignet sich insbesondere bei Modernisierungen, wenn keine baulichen Veränderungen vorgenommen werden können oder Sie keine vornehmen wollen. Sie benötigen lediglich etwas Platz in Ihrem Garten, wobei Mindestabstände zum Haus und zum Nachbarn einzuhalten sind.

Über eine unterirdisch verlegte Leitung gelangt die erzeugte Wärme ins Haus. Über den Speicher und das Wärmeverteilsystem wird sie dann in die einzelnen Räume transportiert – so wie bereits beschrieben.

Luftwärmepumpe innen

Luftwärmepumpe mit innen aufgestelltem Gerät (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Innen aufgestellte Geräte

Bei zu kleinen Grundstücken sind innen aufgestellt Luftwärmepumpen die Alternative. Aber nur, wenn im Haus genügend Platz vorhanden ist, um das Gerät aufzustellen.

Die Luft holt sich die Wärmepumpe trotzdem von draußen, es ist daher ein Durchbruch in der Fassade notwendig, um den Lufteinlass und den Auslass zu installieren.

Innen aufgestellte Luftwärmepumpen eignen sich gut für Neubauten. Hier kann der Architekt die erforderlichen baulichen Maßnahmen bereits bei der Planung berücksichtigen.

Luftwärmepumpe Splitgerät

Luftwärmepumpe mit Splitgerät (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.)

Splitwärmepumpen

Splitwärmepumpen eignen sich für Neubauten und Altbauten gleichermaßen. Das „Split“ im Namen bedeutet, dass ein Teil der Anlage drinnen, der andere Teil draußen montiert wird. Ein Vorteil: Es ist kein Durchbruch wie bei innen aufgestellten Wärmepumpen notwendig.

Weitere Vorteile: Eine Splitwärmepumpe arbeitet effizient und ist trotzdem günstig in der Anschaffung. Mit ihr sind außerdem höhere Vorlauftemperaturen bei der Heizungsanlage möglich. Ein weiterer Vorzug: Mit einem Splitgerät können die Räume im Sommer gekühlt werden.

Förderung von Wärmepumpen

Sowohl bei Neubau oder Sanierung haben Sie die Möglichkeit, Fördergelder in Anspruch zu nehmen. Dabei sind Zuschüsse von mehreren tausend Euro möglich. Ansprechpartner sind das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) oder die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW).

Der Bundesverband Wärmepumpen e.V. hat einen Förderratgeber veröffentlicht, in dem alles ganz genau erklärt wird. Die PDF-Datei können Sie herunterladen.

 

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