Luftwärmepumpe Funktion und Aufbau

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Die Wärmepumpe gilt heute als die Heiztechnik der Zukunft. Denn ohne fossile Brennstoffe ist Sie in der Lage, nachhaltig und ohne endliche Verbrauchsstoffe genau jene Wärme zu erzeugen, die für unseren zeitgemäßen Wohnkomfort erforderlich ist. Eine von mehreren technischen Umsetzungen ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Vor allem im Einfamilienhausbereich hat sie sich heute im Neubau und für Nachrüstungen bzw. Heizungserneuerungen ihren Stellenwert erarbeitet.

Die Wärmepumpe im Überblick

Allgemein gesprochen ist die Wärmepumpe eine Heizungsanlage, die Umweltwärme einsetzt, um daraus die erforderliche Heizwärme zur Heizungs- und Warmwasserversorgung zu generieren. Als Grundlage dient entweder die Wärme des Grundwassers, der Erde – sprich Geothermie – oder ganz einfach die in der Außenluft enthaltene Wärmeenergie. Die Funktion einer Wärmepumpe gleicht dabei dem Prinzip eines Kühlschranks, der mittels Kompression und Entspannung eines Kühlmittels Kälte erzeugt.

Kehrt man die Funktion um, wird an Stelle der Wärme als „Abfallprodukt“ genau diese Wärme als Ergebnis erzeugt, wohingegen die beim Kühlschrank erzeugte Kälte in diesem Fall das Restprodukt darstellt. Über die Umweltwärme hinaus ist ein gewisses Maß an Hilfsenergie für den Betrieb der Anlage erforderlich. In erster Linie geht es dabei um Pumpen für den Kühlmittelkreislauf, sowie für die Kompressionspumpen. Je weiter das Temperaturniveau der Umweltwärme für die spätere Verwendung angehoben werden muss, umso mehr Hilfsenergie ist erforderlich und umso geringer fällt die Effizienz des Systems aus.

Die Luftwärmepumpe: Funktion, Wirkweise und Aufbau

Ganz einfach und simpel erfüllt die Luftwärmepumpe ihre Funktion mit Hilfe der am leichtesten zugänglichen und überall unbegrenzt verfügbaren Energiequelle Außenluft. Ohne aufwendige Bohrungen und weitreichende technische Installationen erfüllt dieses Heizsystem seine Aufgabe durch einen einfachen, meist direkt am Gebäude aufgestellten Wärmetauscher. Dieser sorgt mittels eines Ventilators über den notwendigen Luftwechsel am Wärmetauschelement selbst. In Optik und Geräuschentwicklung ähnelt diese Anlage daher stark einer klassischen Klimaanlage.

Da wie Luftwärme in bekannter Art und Weise auf den Wasserkreislauf der Heizung übertragen wird, spricht man auch von einer so genannten Luft-Wasser-Wärmepumpe. Eine Besonderheit dieses Funktionsprinzips sind hohe und rasche Schwankungen der Ausgangsenergie – also der Luft und vor allem ihrer Temperatur.

Die Temperaturanhebung und ihre Folgen

Die Effizienz eines Luftwärmepumpensystems definiert sich über die Lufttemperatur. Je höher sie ist, umso weniger muss sie auf den Soll-Wert der Heizung angehoben werden. Je kälter die Außenluft ist, umso mehr Hilfsenergie ist erforderlich, um die Funktion aufrecht zu erhalten.

Für Sie als Nutzer bedeutet das: Genau dann, wenn Sie Ihr System besonders dringend benötigen, also im Winter für die Beheizung oder aber morgens und abends für die Spitzenbedarfe an Warmwasser, ist sie am wenigsten effizient, da die Lufttemperaturen dann besonders niedrig sind.

Den Aufbau von Luftwärmepumpen sinnvoll ergänzen

Um Verbrauchsspitzen abzufedern und für Ihre Luftwärmepumpe die Funktion möglichst gleichförmig und niederschwellig zu gestalten, lohnt daher die Kombination mit ergänzenden Systemkomponenten. Besonders weit verbreitet sind solarthermische Module, die aus Sonnenenergie warmes Wasser bereiten. Für Ihr Heizungssystem mit Wärmepumpenantrieb ist diese Kombination allerdings weniger geeignet. Denn genau dann, wenn die Solarthermie besonders hohe Erträge abwirft, tut es ihre Luftwärmepumpe auch. Meist geht Sonnenschein mit Luftwärme eng einher. Daher sollten Sie auf alternative Ergänzungen setzen, die entweder entgegengesetzt zur Leistungsfähigkeit des Wärmepumpensystems arbeiten, oder die unabhängig und individuell je nach Bedarf hinzugeschaltet werden können.

Eine optimale Funktion weist diesbezüglich beispielsweise ein Kachelofen, Kamin oder eine sonstige Form der Einzelraumfeuerstätte auf. Aber auch photovoltaische Module zur Stromerzeugung können hilfreich sein. Erzeugt und gespeichert vermag der Strom zwar nicht, Leistungsspitzen in der Heizungsanlage zu mindern. Er lässt sich aber als regenerativ erzeugte Hilfsenergie wunderbar einsetzen, um den höheren Stromverbrauch in Zeitspannen geringerer Effizienz nachhaltig zu decken.

Einsatzmöglichkeiten der Luftwärmepumpe

Besonders weit verbreitet ist dieses Heizsystem im Bereich kleinerer Wohngebäude. Vor allem Ein- und Zweifamilienhäuser lassen sich so mit geringem Aufwand überwiegend regenerativ mit Heizwärme versorgen. Größere Gebäude wären zwar ebenfalls technisch umsetzbar, allerdings wächst der Wärmetauscher im Freien mit dem Gebäudevolumen und dem damit verbundenen Heizwärmebedarf. Immer wieder finden sich daher vor allem gewerbliche oder auch öffentliche Gebäude mit der Funktion eines Luftwärmepumpensystems versorgt.

Bei der Abwägung dieses Heizsystems sollten Sie allerdings klar zwischen den zwei wesentlichen Aufgaben einer jeden Heiztechnik unterscheiden: der Gebäudebeheizung und der Warmwasserbereitung.

Die Heizung

Eine Luftwärmepumpe harmoniert perfekt mit einer Heizung für Ihre Räume mittels Fußbodentemperierung. Denn durch die große Wärmeübertragungsfläche fällt die Vorlauftemperatur besonders niedrig aus, was letztlich über eine geringere Temperaturanhebung eine höhere Effizienz Ihrer Anlage bedeutet. Auch allgemein betrachtet, harmoniert die Heizung besonders gut mit dieser technischen Variante. Denn die Raumtemperierung wird von Ihnen zwar immer wieder an Ihre Bedürfnisse angepasst, diese Veränderungen unterliegen aber ohnehin einer gewissen Trägheit, die wiederum der Arbeitsweise von Wärmepumpen entgegenkommt. Leistungsspitzen sind eher selten und ermöglichen einen gleichförmigen Betrieb im optimalen Wirkungsbereich.

Die Warmwasserbereitung

Anders sieht es bei der Warmwasserbereitung aus. Ob in der Küche oder dem Badezimmer, meist wird innerhalb kurzer Zeit eine relativ hohe Menge warmes Wasser benötigt, während die meiste Zeit keine Abnahme erfolgt. Genau diese Entnahmen stellen Leistungsspitzen dar, da die Wärmepumpenheizung den Verbrauch ersetzen muss. Allerdings ist das System auf diese Funktion nicht optimal ausgerichtet, so dass der Bedarf an Hilfsenergie zeitweise enorm wächst.

Eine mögliche Abhilfe wäre eine Ausrichtung des Wärmepumpensystems alleinig auf die Heizung. Erfolgt die Warmwasserbereitung stattdessen über Durchlauferhitzer, fällt zwar auch hierfür Strom als Betriebsenergie an. Allerdings sind die Wärmeerzeuger optimal auf die Warmwasserbereitung ausgelegt und verwerten die Energie weit wirkungsvoller, als es Ihre Heizungsanlage im Verhältnis zur Warmwassermenge zu leisten vermag. Eine weitere Lösung stellen besonders effektive Hybridheizungen aus Luftwärmepumpe und Gasheizkessel dar!

Die Luftwärmepumpe – Funktionalität und Leistungsfähigkeit für vielfältige Einsatzbereiche

Gerade im Einfamilienhaus kann die Luftwärmepumpe ihre Funktion optimal entfalten. Nahezu vollständig regenerativ sorgt die Heizungsanlage für Wärme und Behaglichkeit. Optimieren lässt sich die Arbeitsweise der Wärmepumpenheizung durch ergänzende Unterstützungsmodule und eine vorausschauende Planung. Denn jede Technik hat ihre Stärken. Sinnvoll ergänzen sie sich zu einem idealen System rund um die Heizwärmeerzeugung. Komfort, Effizienz und Nachhaltigkeit waren nie einfacher zu vereinen.