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Wärmepumpe: Funktion, Kosten und Technik

Eine Wärmepumpe ist ein elektrisch betriebenes Heizsystem, welches bereits vorhandene Umgebungswärme aus Luft, Boden oder Grundwasser extrahiert und dann zur Heizung oder mitunter auch Kühlung von Gebäuden weiterverwendet. Wärmepumpen nutzen also erneuerbare Energien und weisen im Idealfall eine äußerst hohe Energieeffizienz auf. Deshalb erfreuen sie sich mittlerweile großer Beliebtheit und gehören in Neubauten heutzutage in der Regel zur standardmäßigen Ausstattung dazu; auch Bestandsgebäude kommen aber durchaus für eine Wärmepumpe infrage.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe wird gerne mit einem Kühlschrank verglichen, welcher mittels eines Kältemittels den gelagerten Lebensmitteln die Wärme entzieht und diese dann an die Umgebung abgibt. Dasselbe Prinzip macht sich eine Wärmepumpe zunutze, allerdings umgekehrt: Sie nimmt Wärmeenergie auf, bringt sie auf ein höheres Temperaturniveau und befördert sie dann ins Haus hinein. Dies geschieht auch hier mithilfe eines Kältemittels.

Für den Kältekreislauf sind aber noch weitere Komponenten wie ein Verdampfer, ein Kompressor und ein Kondensator entscheidend. So lässt sich der Heizvorgang innerhalb einer Wärmepumpe vereinfacht beschreiben:

  • 1) Jede Wärmepumpe hat einen Verdampfer, wo das Kältemittel zirkuliert. Dieses Kältemittel entzieht seiner Umgebung Wärme, welche dabei in einen gasförmigen Aggregatzustand übergeht.
  • 2) Der Kompressor oder Verdichter erhöht nun den Druck des gasförmigen Kältemittels, wodurch auch dessen Temperatur steigt.
  • 3) Im Kondensator oder Verflüssiger gibt das Kältemittel seine Wärme an das Heizsystem ab und kondensiert dabei wieder in einen flüssigen Zustand.
  • 4) Ein Expansionsventil senkt den Druck des Kältemittels, damit es wieder Wärme aufnehmen kann, bevor es in den Verdampfer zurückfließt. Der Kreislauf beginnt von vorn!

Je nachdem, wo die Wärme extrahiert wird, lassen sich drei Haupttypen von Wärmepumpen unterscheiden:

  • Grundwasserwärmepumpen (auch: Wasser-Wasser-Wärmepumpen) nutzen das verfügbare Grundwasser als Energiequelle und sind überaus effizient, denn Grundwasser ist selbst in den Wintermonaten noch vergleichsweise warm; die Temperaturen unterschreiten 10 Grad Celsius in der Regel nicht. Für eine solche Wärmepumpe müssen aber zwei Brunnen gebohrt werden, diese führen das Wasser zur Heizung und dann wieder zurück. Eine solche Brunnenbohrung ist genehmigungspflichtig und kann mitunter verweigert werden. Es empfiehlt sich obendrein eine Überprüfung der chemischen Zusammensetzung des Grundwassers, da dort enthaltene Elemente wie Eisen oder Mangan zu schädlichen Ablagerungen in der Wärmepumpe führen können.
  • Erdwärmepumpen (auch: Sole-Wasser-Wärmepumpen) nutzen die Erdwärme aus dem Boden, indem sie Wärme aus dem Boden extrahieren. Sie sind nicht so effizient wie Grundwasserwärmepumpen, aber weisen trotzdem eine einigermaßen hohe Energieeffizienz auf, denn auch das Erdreich ist selbst im Winter noch relativ warm. Somit sind Erdwärmepumpen wenig anfällig für jahreszeitliche Leistungsschwankungen. Um die Wärme zu extrahieren, kann eine Sonde in den Boden getrieben werden, oftmals sogar bis zu 100 Meter tief. Auch solche Bohrungen können verweigert werden, falls das Gestein zu instabil ist. Stattdessen werden mitunter großflächige Kollektoren verlegt, diese befinden sich ungefähr zwei Meter unter der Erdoberfläche.
  • Luftwärmepumpen (auch: Luft-Wasser-Wärmepumpen) nutzen die Wärme aus der Außenluft und übertragen diese auf das Heizsystem. Diese Wärmepumpen sind am einfachsten zu installieren, aber weisen auch die geringste Energieeffizienz auf, denn die Umgebungsluft ist im Winter normalerweise ungemein kalt (wobei aber selbst dann noch Wärme extrahiert werden kann). Luftwärmepumpen enthalten Ventilatoren, die dabei große Luftmengen bewegen – das kann unter Umständen zu einer wahrnehmbaren Geräuschbelastung führen.

Bei einer korrekten Installation kann gleichwohl jede Art von Wärmepumpe energieeffizient Wärme produzieren. Als Maßzahl für die Energieeffizienz des Heizungssystems kann die Jahresarbeitszahl (JAZ) zurate gezogen werden: Sie gibt an, wie viele Wärmeeinheiten mit einer Energieeinheit gewonnen werden. Eine JAZ von 3 bedeutet beispielsweise, dass pro Kilowattstunde Strom, welche für den Betrieb der Wärmepumpe vonnöten ist, drei Kilowattstunden Wärme ins Haus geleitet werden. Noch häufiger findet der Coefficient of Performance (COP) Verwendung – ein ähnliches Maß, das allerdings vom Hersteller unter Laborbedingungen ermittelt wird und daher nicht zwangsläufig aussagekräftig ist. Der JAZ-Wert bzw. COP-Wert sollte mindestens 3 betragen, unterhalb dieses Schwellenwertes ist der Betrieb einer Wärmepumpe definitiv nicht wirtschaftlich.

Eine Wärmepumpe hat aber nicht nur ökonomischen, sondern auch ökologischen Wert, denn sie verursacht keinerlei direkte Emissionen. Allerdings wird eine Wärmepumpe von Strom angetrieben, und die Erzeugung dieses Stroms verursacht dann oftmals doch nennenswerte CO₂-Ausstöße. Tatsächlich klimaneutral ist eine Wärmepumpe also nur, wenn sie mit echtem Ökostrom betrieben wird.

Damit eine Wärmepumpe auch wirklich nachhaltig und effektiv arbeitet, muss die produzierte Wärme zudem optimal genutzt werden, denn sobald die Wärme der Pumpe nicht mehr ausreicht, wird in der Regel ein zusätzlicher Heizstab als Ersatz aktiviert; dieser wird allerdings rein elektrisch betrieben und besitzt eine deutlich geringere Energieeffizienz, was zu höheren Kosten führt.

Der Heizstab sollte folglich so selten wie möglich anspringen, deswegen eignet sich eine Wärmepumpe nur für Gebäude mit einer ausreichenden Dämmung; ansonsten entweicht die Wärme einfach nach außen. Gerade Altbauten müssen zuvor deshalb häufig noch energetisch saniert werden. Darüber hinaus sollten große Heizkörper vorhanden sein, beispielsweise eine Fußbodenheizung oder Wandheizung. Nur dann reichen verhältnismäßig niedrige Heizwassertemperaturen aus, um das Haus zu erwärmen.

Eine Wärmepumpe sind also nicht für jedes Gebäude eine passende Lösung, vor einer Anschaffung muss penibel geprüft werden, ob das zu beheizende Bauwerk auch den nötigen Anforderungen entspricht. Hier ist eine Beratung durch Experten ratsam.

Der Preis einer Wärmepumpe ist stattlich und bewegt sich im niedrigen fünfstelligen Bereich: Üblich sind Anschaffungskosten zwischen 10.000 und 25.000 Euro. Hinzu kommen Aufwendungen für die Erschließung der Wärmequellen. Für die Bohrungen bei einer Grundwasserwärmepumpe können zusätzlich bis zu 10.000 Euro anfallen, in einem ähnlichen Bereich bewegen sich die Kosten für die Sonden einer Erdwärmepumpe; etwas billiger sind hingegen Kollektoren. Bei einer Luftwärmepumpe muss die Wärmequelle hingegen nicht erschlossen werden – was auf den ersten Blick preiswert erscheint, ist auf lange Sicht aber nachteilig, da Grundwasser- und Erdwärmepumpen eine höhere Energieeffizienz aufweisen. In jedem Fall kommen noch Kosten für den laufenden Betrieb hinzu, diese betragen jedes Jahr durchschnittlich mehr als 1.000 Euro.

Es ist möglich, Fördermittel beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) zu beantragen. Die Subventionierung erfolgt über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), in der Regel werden bis zu 35 Prozent der Kosten bezuschusst.

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