Wärmepumpen

« Die moderne Heizalternative »

Eine leistungsfähige Heizung ist für den Wohnkomfort unverzichtbar. Glücklicherweise haben Hausbauer heutzutage die Auswahl zwischen vielen verschiedenen Technologien. Eine davon – die Wärmepumpe – gewinnt aufgrund ihrer Energieeffizienz immer mehr an Bedeutung. Wir erklären, wie sie funktioniert und wann sie sich lohnt.

Aufbau und Funktionsweise

Die Wärmepumpen-Heizung macht sich das physikalische Prinzip zunutze, dass Temperaturunterschiede in mechanische Energie umgewandelt werden können und umgekehrt. Bei bestimmten Motoren (z. B. dem Stirlingmotor) wird eine Stelle geheizt und eine andere gekühlt, wodurch sich Energie gewinnen lässt. Wärmepumpen kehren das Prinzip um und erzeugen mit etwas Pumpleistung einen Temperaturunterschied zwischen heißer und kalter Seite. Statt einem Motor kommt ein Kältemittelkreislauf mit Kompressor zum Einsatz, wie man ihn auch in Kühlschränken und Klimaanlagen vorfindet.

Während bei diesen die Kälte genutzt und die Abwärme abgeführt wird, ist es bei Wärmepumpen genau umgekehrt – der Umgebung wird Wärme entzogen und in das Heizungssystem eingespeist. Der Kältemittelkreislauf besteht aus einem Rohrsystem, in dem spezielle Gase (fluorierte Kältemittel oder Propan) zirkulieren. Das Gas wird in verflüssigtem Zustand durch den Verdampfer geführt, wo es gasförmig wird und dabei thermische Energie aufnimmt. Anschließend wird es durch einen Kompressor verdichtet und erwärmt sich dabei. Dann fließt es durch einen Verflüssiger, in dem es die aufgenommene Wärme an das Heizsystem abgibt und dabei kondensiert. Das nun flüssige Kältemittel fließt zurück in den Verdampfer und der Kreislauf beginnt von neuem.

Zu beachten ist, dass aufgrund thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten die Pumpe umso effizienter arbeitet, je geringer der Temperaturunterschied zwischen kalter und heißer Seite (also der Umgebung und dem Heizkreislauf) ist.

Varianten

Wärmepumpen werden in verschiedenen Ausführungen hergestellt. Die einfachste und günstigste Variante ist die sogenannte Luftwärmepumpe. Diese bezieht die benötigte Wärme von der Außenluft. Der große Vorteil dieses Systems sind die verhältnismäßig geringen Anschaffungs- und Installationskosten. Allerdings hat die Variante dagegen den Nachteil, dass an kalten Tagen, an denen besonders viel Heizwärme benötigt wird, die Außenluft auch besonders kalt ist. Dies kann die Effizienz so weit nach unten drücken, dass sich der Betrieb nur noch begrenzt oder überhaupt nicht mehr lohnt.

Wer diesen Nachteil nicht in Kauf nehmen möchte, kann stattdessen eine Erdwärmepumpe installieren. Diese bezieht die benötigte Wärme durch Grundwasserbrunnen, Erdsonden oder Erdkollektoren.

Die Kosten bei dieser Variante sind deutlich höher, da Bohrungen bzw. Grabungen in der Erde erforderlich sind. Außerdem können Brunnen und Bohrungen in bestimmten Bereichen (z. B. Trinkwasserschutzgebieten) unzulässig sein, während Erdkollektoren eine erhebliche Grundstücksfläche erfordern. Trotzdem kann sich die Installation lohnen, da die Effizienz oft deutlich höher ist als bei einer Luftwärmepumpe.

Speziell für die Warmwasserbereitung existiert als besondere Bauform noch die Warmwasser-Wärmepumpe. Warmwasser muss auf eine deutlich höhere Temperatur erhitzt werden als Wasser für Niedrigtemperatur-Heizungen. Würde man die Pumpen-Heizung bei dieser hohen Temperatur laufen lassen, wäre der Effizienzvorteil dahin.

Eine Warmwasser-Wärmepumpe schafft hier Abhilfe, da sie ausschließlich das Leitungs- oder Brauchwasser erwärmt. Außerdem entzieht sie die Wärme in der Regel nicht aus der Umgebung, sondern aus Räumen, die nicht beheizt werden müssen – z. B. aus Kellerräumen. Da diese im Winter deutlich wärmer sind als die Außenluft, ist die Effizienz nochmals höher.

Wann lohnt sich die Anschaffung?

Ob sich eine Wärmepumpen-Heizung rechnet, hängt vor allem von der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ) ab. Diese Zahl steht für das Verhältnis von verbrauchtem Strom zu gewonnener Heizenergie im Jahresmittel. Hersteller werben häufig mit Jahresarbeitszahlen von 4 oder sogar mehr, in Wirklichkeit erreichen besonders Luftwärmepumpen oft nur Jahresarbeitszahlen von 3 oder weniger.

Aus rein ökologischen Gesichtspunkten ist die Installation ab einer Jahreszahl von etwa 2,6 umweltschonend. Dies liegt daran, dass die Stromerzeugung aus Brennstoffen (die in einer herkömmlichen Heizanlage ebenfalls verbrannt würden) und die Stromübertragung mit Verlusten behaftet sind. Ab einer Jahresarbeitszahl von 2,6 gewinnt eine Wärmepumpe genauso viel Heizenergie, wie für die Erzeugung ihres Antriebsstroms benötigt wurde.

Wer nicht nur die Umwelt, sondern auch seinen Geldbeutel schonen will, muss die benötigte Jahresarbeitszahl deutlich höher ansetzen. Eine einfache Berechnungsmethode ist die Ermittlung des Verhältnisses zwischen dem Preis für 1 kWh Heizenergie aus Brennstoffen (z. B. Erdgas) und 1 kWh Strom. Wer 7 Cent für die Kilowattstunde Erdgas und 28 Cent für die Kilowattstunde Strom zahlt, braucht also eine Wärmepumpen-Heizung mit einer JAZ von mindestens 4. Allerdings sind hier die Anschaffungs- und Installationskosten noch nicht berücksichtigt. Bei einem Neubau oder erforderlichen Austausch der Heizanlage fällt dies etwas weniger ins Gewicht, da auch für ein anderes Heizsystem Kosten anfallen würden. Ungünstiger sieht es bei einer Nachrüstung aus, wenn die alte Heizung noch funktioniert – dann müssen die Investitionskosten vollständig einkalkuliert werden.

Was ist zu beachten?

Der erste Schritt bei der Planung ist die Auswahl der richtigen Technologie. Wie oben beschrieben, sind Erdwärmepumpen am effizientesten. Um festzustellen, ob sie installiert werden können, sollten eine Grundwasseranalyse und ein Bodengutachten erstellt werden. Außerdem ist zu beachten, dass Bohrungen für Brunnen oder Erdsonden genehmigungspflichtig sind. Es ist empfehlenswert, sich frühzeitig mit der unteren Wasserbehörde in Verbindung zu setzen – falls Bohrungen überhaupt nicht erlaubt sind, kann man sich so die Kosten für die Gutachten sparen.

Ist die Entscheidung für eine Technologie gefallen, müssen zur Effizienzermittlung die Räumlichkeiten betrachtet werden. In schlecht gedämmten Gebäuden (z. B. unsanierten Altbauten) lohnt sich der Einbau selten, da die Vorlauftemperatur für die Heizung recht hoch sein muss. In solchen Fällen ist es empfehlenswert, über eine nachträgliche Dämmung nachzudenken. Diese kann auch mit dem Einbau von Niedrigtemperatur-Heizsystemen (z. B. Wand- oder Fußbodenheizung) kombiniert werden, um die Effizienz weiter zu steigern. Zwingend erforderlich ist eine solche Heizung allerdings nicht – in gut gedämmten Gebäuden können auch normale Heizkörper ausreichen.

Der nächste Schritt ist die Auswahl der passenden Leistungsklasse. Die Anlage sollte keinesfalls zu klein bemessen werden, da sie bei nicht ausreichender Heizleistung einen elektrischen Heizstab zuschaltet. Mit Strom zu heizen ist extrem teuer und macht jegliche Energieeinsparungen schnell zunichte.

Von den Herstellern wird diese Betriebsart als monoenergetischer Betrieb bezeichnet. Sie sollte keinesfalls mit dem monovalenten Betrieb verwechselt werden, bei dem die Wärmepumpe die Heizleistung alleine erbringt.

Warmwasserbereitung bedenken

Auch die Warmwasserbereitung muss bei der Planung berücksichtigt werden. Diese erfolgt am besten durch eine getrennte Warmwasser-Wärmepumpe. Diese erlaubt der eigentlichen Pumpen-Heizung, auf einer niedrigeren Temperatur zu laufen und dadurch ihre Effizienz aufrechtzuerhalten.

Es ist auch möglich, ein zusätzliches Heizsystem einzubauen, das die Wärmepumpen-Heizung in Spitzenzeiten entlastet. Dies wird als bivalente Betriebsart bezeichnet. Dafür bietet sich zum Beispiel ein Gas-Brennwertkessel an. Eine solche Kombination erleichtert den effizienten Betrieb von Luftwärmepumpen, da an besonders kalten Tagen die zusätzliche Heizung übernehmen kann. Außerdem kann die Wärmepumpe kleiner dimensioniert werden. Auch die Warmwasserbereitung kann durch das zusätzliche Heizsystem erfolgen, wodurch eine separate Installation für Warmwasser entfällt. Zumindest im Sommer können außerdem Sonnenkollektoren für die Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen, was sich besonders bei Niedrigenergiehäusern anbietet.

Wärmepumpen sind eine echte Alternative

Die Wärmepumpen-Heizung ist eine moderne und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen. Sie ist mit verhältnismäßig hohen Investitionskosten verbunden und funktioniert am besten im Zusammenspiel mit einer Wand- oder Fußbodenheizung. Dadurch ist sie vor allem für Neubauten oder sanierte Altbauten geeignet.

Im letzteren Fall bietet es sich an, den Einbau im Zuge einer Modernisierung durchzuführen und dabei auch gleich eine moderne Fußbodenheizung einzubauen. Ob sich die Umrüstung finanziell lohnt, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab und sollte am besten von Fachleuten ermittelt werden. Diese können auch bei der Entscheidung für eine bestimmte Technologie helfen und Sie zu weiteren Maßnahmen (z. B. Dämmung) beraten. Unabhängig vom Ersparnispotential ist der Einbau einer Wärmepumpe auch immer ein Beitrag zum Umweltschutz, da diese hilft, fossile Energieträger einzusparen.