Welche Wärmequellen für Wärmepumpen gibt es?

Der Betrieb der Heizung mit regenerativen Energien ist erklärtes Ziel des Gesetzgebers und bietet auch Ihnen als Betreiber einige elementare Vorteile. Besonders zukunftsweisend erscheint es, unter Anwendung einer regenerativen Wärmequelle eine Wärmepumpe einzurichten. Erdkollektoren, Luft und Wasser bieten ein breites Portfolio an Möglichkeiten, mit denen Sie die für Sie ideale Kombination für Ihr Grundstück und Ihre vorhandenen Rahmenbedingungen zusammenstellen können. 

Was ist eine Wärmepumpe? 

Eine Wärmepumpe ist eine Vorrichtung, in im Grundsatz stark an das Funktionsschema eines Kühlschranks erinnert. Eine regenerative bzw. üblicherweise nicht versiegende Wärmequelle liefert eine gewisse Ausgangstemperatur, die von einem Kühlmittel übernommen und an einen Warmwasserspeicher übergeben wird. Durch die Komprimierung und Entspannung wird die Ausbeute und somit der Wirkungsgrad des Systems deutlich gesteigert. Letztlich ist das Funktionsprinzip mit einer Umkehrung des bereits benannten Kühlschranks vergleichbar.  

                                      

Nachdem die gewonnene Wärme im Pufferspeicher gespeichert wurde, kann sie von dort in klassischer Manier vergleichbar zu jeder sonstigen Heizung für die Warmwasserbereitung und die Erwärmung der Wohnräume entnommen werden. 

Eine wichtige Kenngröße der Pumpen ist die so genannte Hilfsenergie. Denn für den Betrieb, insbesondere aber für die Komprimierung des Kühlmittels durch Pumpen, ist elektrische Energie erforderlich. Je mehr Wärme je Kilowattstunde Strom gewonnen werden kann, um so leistungsfähiger ist die Anlage und umso höher ist ihr Wirkungsgrad. 

Warum überhaupt eine Wärmequelle? 

Natürlich könnte man sich fragen, warum eine solche Pumpenheizung überhaupt eine Wärmequelle braucht. Denn sie nutzt ja ohnehin elektrischen Strom, der an sich ja schon in der Lage ist, Wärme zu erzeugen.  

Das ist zwar richtig, allerdings ist die Ausbeute an Wärme weit größer, wenn die Elektrizität lediglich dazu dient, die natürlichen Ressourcen bestmöglich auszunutzen. Kurzum bedeutet das, dass eine reine Stromheizung aus einem Kilowatt elektrischer Energie ein Kilowatt Wärmeenergie erzeugen kann. Die echte Ausbeute liegt sogar noch etwas darunter, da auch Leitungsverluste etc. zwar Wärme erzeugen, diese aber nicht für die Beheizung herangezogen werden kann. Je nach Wirkungsgrad ist ein Wärmepumpensystem dagegen in der Lage, aus natürlich vorkommender Wärmeenergie durch den Stromeinsatz ein Vielfaches des eingesetzten Stroms zu erzeugen. Moderne Anlagen sind in der Lage, bis über das 5-fache der investierten Energie zur Heiznutzung zu gewinnen. 

Welche Wärmequelle die Wärmepumpe nutzen kann 

Theoretisch lässt sich jede beliebige Wärmequelle der Wärmepumpe zuordnen. Aus praktischer Sicht sollte die Wärmequelle allerdings einige Anforderungen erfüllen: Die Energieausbeute muss sich für den Einsatz mit Wärmepumpen lohnen, da ansonsten wieder eine mehr oder weniger alleinige Stromheizung zur Debatte steht. Darüber hinaus sollte der Vorrat der Wärme unbegrenzt sein, oder sich zumindest regelmäßig wieder selbst regenerieren. Zudem muss der Austausch der Wärme vom ursprünglichen Wärmeträger auf das Heizsystem praktisch mittels eines Wärmetauschers möglich sein.  

Wirft man einen Blick in die Natur und die Beschaffenheit unserer umgebenden Medien, finden sich leicht eine ganze Gruppe unterschiedlicher Medien, die als Ausgang für die Energiegewinnung sinnvoll nutzbar erscheinen: 

Die Wasser-Wärmepumpe 

Das Grundwasser ist eine wunderbare Möglichkeit, die nötige Wärme für den Betrieb der Pumpe nahezu unbegrenzt und gar nicht so weit von dem zu beheizenden Gebäude entfernt zu gewinnen. Obwohl die Temperatur des Grundwassers im Jahresverlauf natürlich auch variieren, stellt es doch eine sehr verlässliche und gleichförmige Energiequelle dar. Der Wirkungsgrad der Anlage bleibt also im Jahresverlauf ähnlich, so dass Sie hier eine solide Planung des Strombedarfs im Voraus vornehmen können. Um das Grundwasser zu nutzen, sind zwei Bohrungen bis in die grundwasserführende Schicht erforderlich: Der Förderbrunnen und der Schluckbrunnen. Um einen „Kurzschluss“ zu vermeiden, wird das abgekühlte Wasser nach der Nutzung in einiger Entfernung zum Entnahmepunkt wieder eingespeist. Der Aufwand richtet sich danach, in welcher Tiefe das Wasser fließt und erschlossen werden muss. 

Aber Achtung: Normalerweise ist eine wasserrechtliche Erlaubnis nötig, um einen solchen Eingriff in die Grundwasserschicht vorzunehmen. 

Die Erdwärmepumpe 

Eine weitere unerschöpfliche Energiequelle ist die Erdwärme. Eine Erdwärmepumpe nutzt die im Erdreich vorhandene Wärmeenergie zum Betrieb der Heizung. Im Gegensatz zur vorangegangenen Warmwasser-Waermepumpen, wo der Energietransfer aus dem Wasser recht einfach gelingt, müssen spezielle Erdkollektoren so beschaffen sein, dass auch aus der Erde ausreichend Energie sicher und dauerhaft übertragen werden kann. Bei dem Griff zur Energie aus dem Boden haben sich heute zwei wesentliche Methoden herausgebildet: 

Erdkollektoren 

Die „normale“ Erdwärmepumpe zieht für das Heizsystem die Energie der oberen, oberflächennahen Erdschicht heran. Dafür werden Erdkollektoren flächig im Boden installiert, um die Energie aus dem Erdreich in ein in Leitungsbahnen verlaufendes Speichermedium zu übertragen. „Flächige“ Erdkollektoren können je nach örtlichen Gegebenheiten tatsächlich flach, etwa unter der Bodenplatte des Hauses, verlegt werden, oder auch als Ring um Zisternen oder andere Tiefbauelemente positioniert werden. Die Erdkollektoren werden über eine möglichst große Oberfläche mit dem Erdreich verbunden, um die dort herrschenden, meist relativ niedrigen Temperaturen optimal aufzunehmen. 

Geothermie 

Die zweite Möglichkeit an Stelle klassischer Erdkollektoren ist es, eine weit tieferliegende Wärmequelle anzuzapfen: Die Geothermie. Dabei werden Erdschichten mit konstanten Temperaturen angebohrt und mittels einer Sonde und eines Transportmediums erschlossen. Der größere Aufwand für die tiefere Bohrung wird ausgeglichen durch eine konstantere und zugleich höhere Ausbeute an nutzbarer Wärme. Da die Bohrung in geologisch relevante Tiefen vordringen kann, ist in aller Regel eine Genehmigung der zuständigen Bergbaubehörde einzuholen. 

Die Luftwärmepumpe 

Die dritte große Gruppe gängiger Pumpensysteme ist die Luftwärmepumpe. Eigentlich handelt es sich bei ihr um eine so genannte Luft-Wasser-Wärmepumpe. Das kommt daher, dass die Energie der Luft entzogen wird und zwecks Speicherung und Transport in das Medium Wasser übertragen wird. Da keinerlei Bohrungen oder andere Installationen nötig sind und Luft überall zur Verfügung steht, ist diese Variante die günstigste Form des Wärmepumpenbetriebs. Allerdings schwankt die Temperatur hier auch am stärksten und gerade im Winter, wenn die größte Heizwärme gewünscht wird, sinkt der Wirkungsgrad wegen der niedrigen Außenlufttemperaturen deutlich ab. 

Die Leistungsfähigkeit der Luftwärmepumpe steigern 

Allerdings lässt sich die Leistungsfähigkeit der Luft-Wasser-Wärmepumpe deutlich steigern. Um das zu erreichen, muss gerade im Winterhalbjahr dafür gesorgt werden, dass die eingesetzte Außenluft möglichst konstant eine hohe Temperatur aufweist. Das erreicht man beispielsweise durch den Rückgriff auf die bereits bekannten Erdkollektoren. Für die Luftaufbereitung sind diese jedoch kein wasserführendes Leitungssystem, sondern „nur“ ein möglichst langes, im Boden verlegtes Rohr für die Zuluft zur Anlage. Im Rohr der Erdkollektoren kann die Luft dann die Temperatur des umgebenden Erdreichs annehmen, was ab einer Tiefe von ca. 2 Metern ganzjährig rund 12 Grad Celsius bedeutet. 

Wärmequelle, Wärmepumpe und Heizung – die richtige Kombination 

Damit ein Wärmepumpensystem tatsächlich die in es gesetzten Erwartungen erfüllen kann, muss die Kombination aus Wärmequelle oder anderem Wärmetauscher und angeschlossenem Heizsystem optimal aufeinander abgestimmt sein. Denn nur dann kann beispielsweise das Heizsystem die bereitgestellte Wärme optimal umsetzen, oder aber auch die Pumpe die erzeugte Wärme vollständig an die Hauserwärmung weiterreichen. 

Welche Heizung passt zu Wärmepumpen 

Die wichtigste Frage ist hierbei sicherlich die nach der passenden Heizungsanlage als zentrales Element in der Verwertung der erzeugten Heizwärme. Essenziell ist hier die Wahl eines Systems, das die relativ niedrigen Ausgangstemperaturen der Pumpe ideal nutzt, zugleich aber auch eine zu starke Anhebung der Temperatur mittels elektrischer Energie vermeidet. Hierzu hat sich heute eine Form der Flächenheizung als bewährtes, weit verbreitetes und ideal geeignetes System etabliert: die Fußbodenheizung. 

Fazit – mit der richtigen Wärmequelle die Heizung über Wärmepumpen effektiv und nachhaltig betreiben 

Der Rückgriff auf die Energie der Natur bietet für eine moderne Heizungsanlage ideale Voraussetzungen, um effizient und nachhaltig zu funktionieren. Ob Erdkollektoren, Tiefenbohrungen oder auch „nur“ der Luftwärmetauscher vor der Haustür – Ihre Rahmenbedingungen geben vor, welche Form der Heizung ideal für Sie geeignet ist. Aber ganz gleich, welches System final zum Zuge kommt, in jedem Fall können Sie sich über einen klaren Schritt in Richtung Nachhaltigkeit, ökologischer Heizform und darüber hinaus auch einer berechenbaren, zukunftsfähigen und zugleich sparsamen Beheizung Ihres Gebäudes freuen.